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5.2常见传感器的工作原理及应用 学案
一学科核心素养
物理观念∶了解传感器的感念，知道非电学量转化为电学量的技术意义。
科学思维∶知道传感器是如何将非电学量转化为电学量的物理过程，培养学生理论联系实际的思维习惯。
科学探究：看视频，增减视野，广泛了解传感器在社会生产中的应用。
科学态度与责任∶在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。
二学习重难点
重点：了解各种传感器的工作原理。
难点：知道不同传感器在实际生产中应用时所涉及的物理原理。
三课前预习
1．电阻应变片
（1）电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象。
（2）电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和_____，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的_____。
（3）电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为_____这个电学量。
2．热敏电阻是由_____________________________________材料制成的，它是对____________________（选填“热”、“光”、“电”）很敏感的传感器，它的电阻值随_____________________________而变化，你测得的热敏电阻的定标曲线的主要作用是__________________________________________________。
3．如图为在温度为左右的环境中工作的某自动恒温箱的原理简图。
箱内的电阻，，，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图所示。当ab端电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内的温度升高；当时，电压鉴别器会使S断开，停止加热。则恒温箱内的温度恒定在________。
4．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻。G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计，试分析：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻 R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R=___________ Ω；
(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为___________N；
(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度___________。（选填“均匀”或“不均匀”）
5．传感器及其工作原理
（1）传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等_____，或转换为电路的_____。
（2）非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、_____、处理和_____。
（3）传感器的组成：传感器的基本部分一般由_____、_____组成。
（4）传感器应用的一般模式
6．金属热电阻和热敏电阻
（1）金属热电阻：金属的电阻率随温度的_____而增大，利用这一特性，金属丝可以制作_____传感器，称为热电阻。
（2）热敏电阻：用_____材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。
7．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度变化的关系如图甲所示。
（1）由图甲可知，温度越高，该热敏电阻的阻值___________（填“越大”或“越小”）。
（2）某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置，实验原理如图乙所示。若热敏电阻的阻值与温度t的关系如下列表格所示，当通过继电器的电流为时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。已知继电器的电源电动势为，除了滑动变阻器和热敏电阻外，其余电阻不计，为使该装置控制温度超过时加热器就不再加热，接入的滑动变阻器的阻值___________。
20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
200 145 106 82 61 40
（3）为使该装置控制温度超过更高温度时加热器才不会再加热，接入的滑动变阻器的阻值应___________（填“变大”或“变小”）。
8．温度传感器的核心元件是________，它具有将________转化为________的性质。
9．行人闯红灯是造成交通事故的违法行为之一，为记录并处罚这种行为，设计了一种闯红灯测量器，其原理为：路口人行道两头停止处均浅埋阻值R随压力F变化如图甲所示的压敏电阻，将压敏电阻接入如图乙所示的电路中，已知控制电路中电源的电动势为12V，内阻为12，继电器线圈电阻为38，滑动变阻器连入电路的电阻为100；当控制电路中的电流大于0.05A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违法行为。
(1)当绿灯亮起时，光控开关应处于___________（选填“闭合”或“断开”）状态。
(2)当红灯亮起时，某人经过人行道停止处，电流表A的示数会变___________（选填“大”或“小”）。
(3)质量超过___________kg的行人闯红灯时才会被拍照记录（取重力加速度大小）。
(4)若要增大“行人闯红灯违法记录仪”的灵敏度，确保体重较小的行人闯红灯时也能被拍照，请提出一个可行的方案___________
四自我检测
1．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中可能含（　　）
A．光敏电阻和声传感器
B．金属热电阻和光敏电阻
C．热敏电阻和霍尔元件
D．热敏电阻和光敏电阻
2．在中国空间站中，多种传感器担负着对舱内气压监测、温度监控、交会对接的距离监测、太阳帆板自动迎对日光等任务。下列有关传感器的说法中不正确的是（　　）
A．热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件
B．对气压的监测可以利用压力传感器
C．光敏传感器通过将电信号转化为光信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪
D．红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测
3．下列关于传感器的说法中不正确的是（　　）。
A．传感器能将感受到的外部信息按照一定的规律通常转换为电信号
B．话筒是一种将电信号转换为声信号的传感器
C．光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器
D．热敏电阻是将温度信息转化为电信号的传感器
4．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．传感器的材料都是由半导体材料制成的，金属材料不可以制成传感器
B．传感器只能是通过感知电压的变化将电学量转换成非电学量来传递信号
C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量，干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．电子秤应用的是压力传感器，电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
5．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的带负电小球。K断开时传感器上有示数mg，K闭合稳定后传感器上示数为。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别是（　　）
A．正在增加， B．正在减弱，
C．正在增加， D．正在减弱，
6．随着科技的发展，自动控制现象随处可见，这得益于传感器的广泛应用。比如许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现人靠近它就开启；而在白天，即使有人靠近它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）
①温度传感器②人体红外线传感器③声音传感器④光敏传感器
A．①③ B．②④ C．③④ D．①④
7．压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的半导体电阻器件，其阻值随所受的压力的增大而减小，某实验小组利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表的示数如图乙所示，下列判断正确的是（　　）
A．从到时间内，小车做匀速直线运动 B．从到时间内，小车做变加速直线运动
C．从到时间内，小车做匀速直线运动 D．从到时间内，小车做变加速直线运动
8．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
C．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
9．传感器能够把非电学量转化为电学量，可以很方便地测量、传输，处理和控制。下列说法正确的是（　　）
A．电容式位移传感器是通过改变两极板电压改变电容的
B．光敏电阻在传感器中的作用是将光信号转化为电信号
C．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
D．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置利用了温度传感器
10．下列关于传感器的说法中正确的是（　　）
A．电子秤应用的是光传感器
B．自动调温的空调应用的是压力传感器
C．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
D．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
参考答案：
三课前预习
1． 半导体电阻应变片 压阻效应 电阻
2． 半导体 热 温度 定制热电子温度传感器
3．35
4． 不均匀
5． 电学量 通断 传输 控制 敏感元件 转换电路
6． 升高 温度 半导体 减小
7． 越小 55 变大
8． 热敏电阻 温度 电阻
9． 断开 大 10 滑动变阻器的滑片向b端适当移动（适当增大控制电路的电源电动势）
四自我检测
1．A
2．C
3．B
4．D
5．D
6．B
7．B
8．C
9．B
10．D

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