資源簡介

5.2常見傳感器的工作原理及應用 學案
一學科核心素養
物理觀念∶了解傳感器的感念，知道非電學量轉化為電學量的技術意義。
科學思維∶知道傳感器是如何將非電學量轉化為電學量的物理過程，培養學生理論聯系實際的思維習慣。
科學探究：看視頻，增減視野，廣泛了解傳感器在社會生產中的應用。
科學態度與責任∶在了解傳感器原理及應用時，知道已學知識在生活、生產、科技社會中的價值，增強學習興趣，培養良好的科學態度。
二學習重難點
重點：了解各種傳感器的工作原理。
難點：知道不同傳感器在實際生產中應用時所涉及的物理原理。
三課前預習
1．電阻應變片
（1）電阻應變效應：金屬導體在外力作用下發生機械形變時，其電阻也隨之變化的現象。
（2）電阻應變片：電阻應變片有金屬電阻應變片和_____，半導體電阻應變片的工作原理是基于半導體材料的_____。
（3）電阻應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為_____這個電學量。
2．熱敏電阻是由_____________________________________材料制成的，它是對____________________（選填“熱”、“光”、“電”）很敏感的傳感器，它的電阻值隨_____________________________而變化，你測得的熱敏電阻的定標曲線的主要作用是__________________________________________________。
3．如圖為在溫度為左右的環境中工作的某自動恒溫箱的原理簡圖。
箱內的電阻，，，為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖所示。當ab端電壓時，電壓鑒別器會令開關S接通，恒溫箱內的電熱絲發熱，使箱內的溫度升高；當時，電壓鑒別器會使S斷開，停止加熱。則恒溫箱內的溫度恒定在________。
4．有一種測量壓力的電子秤，其原理圖如圖所示。E是內阻不計、電動勢為6 V的電源。R0是一個阻值為300 Ω的限流電阻。G是由理想電流表改裝成的指針式測力顯示器。R是一個壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關系如下表所示。C是一個用來保護顯示器的電容器。秤臺的重力忽略不計，試分析：
壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
電阻 R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的數據歸納出電阻R隨壓力F變化的函數式R=___________ Ω；
(2)若電容器的耐壓值為5 V，該電子秤的最大稱量值為___________N；
(3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度，則該測力顯示器的刻度___________。（選填“均勻”或“不均勻”）
5．傳感器及其工作原理
（1）傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉換成的可用信號是電壓、電流等_____，或轉換為電路的_____。
（2）非電學量轉換為電學量的意義：把非電學量轉換為電學量，可以很方便地進行測量、_____、處理和_____。
（3）傳感器的組成：傳感器的基本部分一般由_____、_____組成。
（4）傳感器應用的一般模式
6．金屬熱電阻和熱敏電阻
（1）金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的_____而增大，利用這一特性，金屬絲可以制作_____傳感器，稱為熱電阻。
（2）熱敏電阻：用_____材料制成，氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而_____。
7．熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度變化的關系如圖甲所示。
（1）由圖甲可知，溫度越高，該熱敏電阻的阻值___________（填“越大”或“越小”）。
（2）某同學利用上述熱敏電阻制作了一個簡易的溫控裝置，實驗原理如圖乙所示。若熱敏電阻的阻值與溫度t的關系如下列表格所示，當通過繼電器的電流為時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現溫控。已知繼電器的電源電動勢為，除了滑動變阻器和熱敏電阻外，其余電阻不計，為使該裝置控制溫度超過時加熱器就不再加熱，接入的滑動變阻器的阻值___________。
20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
200 145 106 82 61 40
（3）為使該裝置控制溫度超過更高溫度時加熱器才不會再加熱，接入的滑動變阻器的阻值應___________（填“變大”或“變小”）。
8．溫度傳感器的核心元件是________，它具有將________轉化為________的性質。
9．行人闖紅燈是造成交通事故的違法行為之一，為記錄并處罰這種行為，設計了一種闖紅燈測量器，其原理為：路口人行道兩頭停止處均淺埋阻值R隨壓力F變化如圖甲所示的壓敏電阻，將壓敏電阻接入如圖乙所示的電路中，已知控制電路中電源的電動勢為12V，內阻為12，繼電器線圈電阻為38，滑動變阻器連入電路的電阻為100；當控制電路中的電流大于0.05A時，銜鐵會被吸引，從而啟動工作電路，電控照相機拍照記錄違法行為。
(1)當綠燈亮起時，光控開關應處于___________（選填“閉合”或“斷開”）狀態。
(2)當紅燈亮起時，某人經過人行道停止處，電流表A的示數會變___________（選填“大”或“小”）。
(3)質量超過___________kg的行人闖紅燈時才會被拍照記錄（取重力加速度大?。?br/>(4)若要增大“行人闖紅燈違法記錄儀”的靈敏度，確保體重較小的行人闖紅燈時也能被拍照，請提出一個可行的方案___________
四自我檢測
1．某樓梯口的電燈開關裝有傳感器，天黑時，出現聲音才能發光，而白天即使有聲音，電燈也不能發光，該開關中可能含（　?。?br/>A．光敏電阻和聲傳感器
B．金屬熱電阻和光敏電阻
C．熱敏電阻和霍爾元件
D．熱敏電阻和光敏電阻
2．在中國空間站中，多種傳感器擔負著對艙內氣壓監測、溫度監控、交會對接的距離監測、太陽帆板自動迎對日光等任務。下列有關傳感器的說法中不正確的是（　?。?br/>A．熱敏電阻可以作為溫度傳感器的敏感元件
B．對氣壓的監測可以利用壓力傳感器
C．光敏傳感器通過將電信號轉化為光信號實現太陽帆板對陽光的自動跟蹤
D．紅外測距傳感器通過將電磁波信號轉化為電信號實現對距離的監測
3．下列關于傳感器的說法中不正確的是（　　）。
A．傳感器能將感受到的外部信息按照一定的規律通常轉換為電信號
B．話筒是一種將電信號轉換為聲信號的傳感器
C．光敏電阻是一種利用光敏元件將光信號轉化為電信號的傳感器
D．熱敏電阻是將溫度信息轉化為電信號的傳感器
4．關于傳感器，下列說法正確的是（　　）
A．傳感器的材料都是由半導體材料制成的，金屬材料不可以制成傳感器
B．傳感器只能是通過感知電壓的變化將電學量轉換成非電學量來傳遞信號
C．霍爾元件能夠把電學量轉換為磁學量，干簧管是一種能夠感知電場的傳感器
D．電子秤應用的是壓力傳感器，電飯鍋通過溫度傳感器實現溫度的自動控制
5．如圖所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導線、開關K與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中。兩板間放一臺壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個質量為m、電荷量為q的帶負電小球。K斷開時傳感器上有示數mg，K閉合穩定后傳感器上示數為。則線圈中的磁場B的變化情況和磁通量的變化率分別是（　?。?br/>A．正在增加， B．正在減弱，
C．正在增加， D．正在減弱，
6．隨著科技的發展，自動控制現象隨處可見，這得益于傳感器的廣泛應用。比如許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，出現人靠近它就開啟；而在白天，即使有人靠近它也沒有反應，它的控制電路中可能接入的傳感器是（　　）
①溫度傳感器②人體紅外線傳感器③聲音傳感器④光敏傳感器
A．①③ B．②④ C．③④ D．①④
7．壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的半導體電阻器件，其阻值隨所受的壓力的增大而減小，某實驗小組利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表的示數如圖乙所示，下列判斷正確的是（　?。?br/>A．從到時間內，小車做勻速直線運動 B．從到時間內，小車做變加速直線運動
C．從到時間內，小車做勻速直線運動 D．從到時間內，小車做變加速直線運動
8．關于傳感器，下列說法正確的是（　?。?br/>A．所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的
B．傳感器都是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
C．電飯鍋通過溫度傳感器實現溫度的自動控制
D．霍爾元件能夠把電學量轉換為磁學量
9．傳感器能夠把非電學量轉化為電學量，可以很方便地測量、傳輸，處理和控制。下列說法正確的是（　?。?br/>A．電容式位移傳感器是通過改變兩極板電壓改變電容的
B．光敏電阻在傳感器中的作用是將光信號轉化為電信號
C．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉換為聲信號
D．全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該裝置利用了溫度傳感器
10．下列關于傳感器的說法中正確的是（　?。?br/>A．電子秤應用的是光傳感器
B．自動調溫的空調應用的是壓力傳感器
C．霍爾元件能夠把電學量轉換為磁學量
D．電飯鍋通過溫度傳感器實現溫度的自動控制
參考答案：
三課前預習
1． 半導體電阻應變片 壓阻效應 電阻
2． 半導體 熱 溫度 定制熱電子溫度傳感器
3．35
4． 不均勻
5． 電學量 通斷 傳輸 控制 敏感元件 轉換電路
6． 升高 溫度 半導體 減小
7． 越小 55 變大
8． 熱敏電阻 溫度 電阻
9． 斷開 大 10 滑動變阻器的滑片向b端適當移動（適當增大控制電路的電源電動勢）
四自我檢測
1．A
2．C
3．B
4．D
5．D
6．B
7．B
8．C
9．B
10．D

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