1、目标导航 1.了解日常生活中常见的一些传感器及其应用 2会用常见的传感器做一些简单的实验 3体验科学探究的乐趣和运用所学知识分析新问题、解决新问题，感受物理与生活、生产 的密切联系新知初探 自学导引 一、温度传感器1.测温仪使用了温度传感器将_信号转换成_信号2.测温仪中的温度传感器主要采用_电阻、_热电阻、_等元件，也有的用红外线敏感元件等温度电金属热电偶热敏二、力传感器常见的力传感器是由_和_组成的_是一种敏感元件，现在多用_材料制成，上下表面的应变片在压力作用下发生弯曲，上下应变片的阻值变化不一样电压也就不一样，外力越大，输出 的 电 压 差 也 就 越 _(填“大”或“小”)金属梁应变
2、片半导体大应变片三、磁传感器1.磁传感器是将磁信号转化为电信号的传感器2.磁传感器的中心元件是“霍尔元件”，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁场量转换为电压这个电学量四、随处可见的传感器1.红外测温仪：是一种将_转换成电信号的传感装置2.数码相机和摄像机：敏感元件叫做_(CCD)，它将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过一种(A/D)专门转换器转换成数字电信号电荷耦合器件红外辐射波3.酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器在生活中还有_报警器、_报警器、红外报警器、防盗报警器等等工业生产中有热轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等五、智能传感器煤气火警
3、智能式传感器集信息_、信息_、信息_、逻辑思维和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出等制在同一芯片上，成为大规模集成电路智能传感器六、遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的_、_进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论主要应用在地球资源勘探、环境监测、气象预报、军事侦察等等检测处理记忆电磁波热辐射学案导引1.力传感器的基本组成是什么？2.其工作原理怎样？有哪些常见用途？要点探究 讲练互动 力传感器及其应用1.组成：如图所示，力传感器主要有金属架和应变片组成2.工作原理如图所示，用弹簧钢制成的金属架右端固定，在梁形金属架上、下表面各贴一个应变片(由
4、半导体材料制成)，在梁的自由端施力 F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小传感器把这两个电压的差值输出外力越大，输出的电压差值也就越大3.常见用途应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量例1某同学为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为 k)，如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压
5、为 0，而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U.现有下列器材：力电转换器、质量 m0 的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)请完成对该物体质量 m 的测量(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图(2)简要说明测量步骤，求出比例系数 k，并测出待测物体的质量 m.(3)请设想实验中可能会出现的一个问题【思路点拨】解决此题应注意三点：(1)力电转换器使用前需要“调零”(2)为了使电压调节范围大些，采用分压电路(3)充分利用“被测物体质量与输出电压成正比”来
6、求 m.【精讲精析】(1)设计的电路图如图所示，输入电压采用分压接法，目的是让电压可调范围尽可能大(2)测量步骤：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零将质量为 m0 的砝码放在转换器上，记下输出电压 U0.将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由 U 0 km0g 得 kU0/m0g，测得 U1kmg，所以 mm0U1/U0.(3)可能出现的问题(本题属于开放性问题，答案不唯一)：输出电压调不到零 待测物体质量超出转换器量程【答案】见精讲精析【规律方法】力学传感器的分析方法(1)分析清楚力传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键(2)涉及电路计算时
7、，注意欧姆定律及分压原理的应用变式训练1.传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()若 F 向下压膜片电极，电路中有从 a 到 b 的电流若 F 向下压膜片电极，电路中有从 b 到 a 的电流若 F 向下压膜片电极，电路中不会有电流产生若电流表有示数，说明压力 F 发生变化若电流表有示数，说明压力 F 不会发生变化A BCD解析：选 A.在压力 F 作用下，电容器两极板间的距离发生变化，引起电容的变化，在电容器两极板间电压不变的情况下，据 CQU可知，电容器电容 C的变化必然导致电容器带电量的变化，从而有
8、电流经过电流表反之，当电流表中有电流经过时，则说明压力F 一定发生了变化当压力 F 向下作用时，电容器极板间的距离变小，使得电容器的电容 C增大，在电容器两极板间电压不变的情况下，由 CQU可知，电容器的带电量 Q 要增大，即电容器处于充电状态，电路中有 ba 的电流综上所述，选项 A 正确磁传感器及其应用 学案导引1磁传感器的磁敏感元件是什么？2磁敏感元件的工作原理是什么？1.霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿 PQ 方向通入电流 I，垂直于薄片加匀强磁场 B，则在 MN 间会出现电势差 U，设薄片厚度为 d，PQ 方向
9、长度为 l1，MN 方向长度为 l2，薄片中的带电粒子受到磁场力发生偏转，使 N 侧电势高于 M 侧，导致半导体内部出现电场带电粒子同时受到磁场力和电场力作用，当磁场力与电场力平衡时，MN 间电势差达到恒定qUl2qvB.根据电流的微观解释 InqSv，整理后得 UIBnqd.令 k 1nq，因为 n 为材料单位体积内的带电粒子个数，q 为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以 UkIBd.U 与 B 成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因2.霍尔效应原理霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电
10、场横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧就会形成稳定的电压例2如图所示，有电流 I 流过长方体金属块，金属块宽为 d，高为 b，有一磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为 n，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？【思路点拨】解此题关键有两点：(1)应用左手定则时注意电子是负电；(2)稳定状态时电场力与洛伦兹力平衡【精讲精析】因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为 U.当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，有qUb
11、qvB，又因为导体中的电流 IneSvnevbd，故 U IBned.【答案】下表面电势高 U IBned【易错警示】此题易出现电势高低的判断错误，原因是金属导电是带负电的电子定向移动，电子偏向的极板带负电变式训练2.霍尔元件能转换的两个量()A把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C把力这个力学量转换为电压这个电学量D把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量解析：选 B.霍尔电压 UHkIBd，当 I 恒定时，UH 的变化与 B 成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量信息社会与传感器 学案导引信息社会常涉及哪几方面的传感器？
12、有哪些特点？1.智能传感器所谓智能传感器就是利用传感器获取信息，并用电子计算机进行处理，传感器与计算机构成的整体就是智能传感器2.遥测与遥感(1)概念：利用遥感飞机、航天实验室、地球卫星等飞行器上配置的多光谱摄影机、多光谱扫描仪、红外扫描仪、面阵列固体扫描仪等传感器，对远距离目标物进行探测(2)基本原理：通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论(3)应用：应用在地球资源勘测、环境监控、气象预报、军事侦察等方面角速度计是应用传感器来测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度的装置，其结构如图所示当系统绕轴 OO转动时，元件 A 发生位移并输出相应的电
13、压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源例3已知 A 的质量为 m，弹簧的劲度系数为 k、自然长度为 l，电源的电动势为 E、内阻不计滑动变阻器总长也为 l 且电阻分布均匀，系统静止时 P 在 B 点，当系统以角速度 转动时，则A电路中电流随角速度的增大而增大B电路中电流随角速度的减小而增大C弹簧的伸长量为 xml/(km2)D输出电压 U 与 的函数关系式为 UEm2/(km2)【审题指导】解答本题时应注意以下两点：(1)弹簧的弹力为系统转动提供向心力(2)输出电压和滑片左边的电阻分得的电压相等【精讲精析】滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻，故电路中的电流不随角速度的变化而变化，A
14、、B 错误由牛顿第二定律得：kxm(lx)2，所以 xm2l/(km2)，C 错误输出电压 UEx/l，将 xm2l/(km2代入上式得：UEm2/(km2)，D 正确【答案】D【规律方法】该类传感器问题主要涉及简单的电路知识和力学知识，应注意相关知识和规律的应用变式训练3.2011 年 3 月 11 日 14 时 46 分，日本 9 级强震引发海啸和核危机，震中宫城县和岩手县等地受灾严重，灾难发生后，各路救援人员及时深入灾区，与死神抢时间，争分夺秒抢救被埋人员，有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了()A红外线传感器 B压力传感器
15、C振动传感器D电容传感器解析：选A.伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员.热点示例创新拓展 传感器在实际问题中的使用经典案例(14 分)如图甲所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳，下端拴一小物块 A，上端固定在 C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连已知有一质量为 m0 的子弹 B 沿水平方向以速度 v0 射入 A 内(未穿透)，接着两者一起绕 C 点在竖直面内做圆周运动，在最低点时速度为 v1 m0v0m0m，在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力 F 随时间 t 的变化关系如图乙所示已知子弹射
16、入的时间极短，且图乙中 t0 为 A、B 开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题中提供的信息，对反映悬挂系统本身性质的物理量(例如 A 的质量)及 A、B 一起运动过程中的守恒量，你能求得哪些定量的结果？【思路点拨】本题中所涉及的力传感器只是作为一个信息的提供者，并不要求考生对传感器有过于细致的了解，只是强调传感器在此的作用【解题样板】由图甲可直接看出，A、B 一起做周期性运动，运动的周期 T2t0(1 分)令 m 表示 A 的质量，l 表示绳长，v2 表示运动到最高点时的速度，F1 表示运动到最低点时绳的拉力，F2 表示运动到最高点时绳的拉力 在最低点和最高点处运用牛顿定律可得 F1(m
17、m0)g(mm0)v21l(2 分)F2(mm0)g(mm0)v22l(2 分)根据机械能守恒定律可得 2l(mm0)g12(mm0)v2112(mm0)v22(2 分)由图乙可知 F20(1 分)F1Fm(1 分)由以上各式可解得，反映系统性质的物理量是mFm6gm0，l36m20v205F2m g(2 分)A、B 一起运动过程中的守恒量是机械能 E，若以最低点为势能的零点，则 E12(mm0)v21 解得 E3m20v20Fm g.(3 分)【答案】物体的质量 mFm6gm0 绳长 l36m20v205F2m g物体的机械能 E3m20v20Fm g【借题发挥】解决与传感器相关的实际应用题目，只是借助传感器的“外壳”，实际上是考查我们学过的其他重要的物理知识(特别是电磁学知识、力学知识)在实际中的应用，特别是考查我们利用所学物理知识处理问题、分析问题的能力本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
