1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-2 第六章 传感器成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 传感器 第六章 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第二节 传感器的应用第六章 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 8易错案例剖析 6课堂知识构建 7第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 学习目标定位第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 了解传
2、感器应用的一般模式知道电子秤、电熨斗的工作原理知道电饭锅的结构与原理，加深对温度传感器的应用认识了解光传感器的应用火灾报警器能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的应用第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课堂情景切入第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 在日常生活中，我们经常见到电子秤。例如，在超市里，当我们购买水果时，售货员把水果放在表面平整的电子秤上，电子秤就可显示出所购水果的质量及应付的钱数。你想探究一下它的工作原理吗？第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导
3、 人教版 物理 选修3-2 知识自主梳理第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 传感器应用的一般模式第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 1力传感器的应用电子秤(1)组成及敏感元件：由_和_组成，敏感元件是_。(2)工作原理：(3)作用：应变片将物体_这个力学量转换为_这个电学量。传感器应用的几个实例金属梁自由端受力F金属梁发生弯曲应变片的_变化两应变片上电压的差值变化金属梁应变片应变片电阻形变电压第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2温度传感器的应用实例敏感元件工作原理电熨斗双金属片温度变化时，由于双金
4、属片上层金属与下层金属的_不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断电饭锅感温铁氧体(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约_ 时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”(2)自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到_ 时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开测温仪热敏电阻，金属热电阻，热电偶，红外线敏感元件等敏感元件将_转换成_，由指针式仪表或数字式仪表显示出来膨胀系数103103温度电信号第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3光传感器的应用火灾报警器(1)组成：发光_LED、光电_
5、和不透明的挡板。(2)工作原理：平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻_。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。二极管三极管变小第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 重点难点突破第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 一、传感器问题分析1分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、传输；(3)利用所获得的信息执行某种操作。第六章 2
6、成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。第六章 2成才之路 高中新课程
7、学习指导 人教版 物理 选修3-2 二、在生产、生活中常见传感器的应用1生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器。(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水。(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象。第六章 2成
8、才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化。用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作。各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等。(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 4飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用
9、。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息。下图为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图。试结合图上信息，分析讨论：导学号 12220372第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)在 种 植 蔬 菜 大 棚 中 要 用 到 _、_、_、_等传感器。(2)为了控制大棚中的蔬菜的生长条件，还需要调节光照的遮阳棚，调整温度的
10、_装置与_装置，调整湿度的通风装置和_，调整_的自动排气装置等设施与传感器配合使用。答案：(1)光敏传感器；湿度传感器；温度传感器；浓度传感器(2)加热；通风；喷淋器；二氧化碳浓度第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：(1)在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器；检测温度的温度传感器；检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器；检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等。(2)配套设施有：调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置与通风装置，调整湿度的通风装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 三、传感
11、器的应用实例1力传感器的应用电子秤(1)常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成。(2)此种力传感器的工作原理第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，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。应变
12、片能把物体形变这个力学量，转换为电压这个电学量。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 2温度传感器的应用电熨斗(1)电熨斗能够自动控制温度，装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断。(2)电熨斗的结构图如图为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 3温度传感器的应用电饭锅(1)电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体。它的特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“
13、居里温度”或“居里点”。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (2)电饭锅的结构第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 4光传感器的应用火灾报警器(1)有些火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。(2)这种火灾报警器的工作原理：如图所示，平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，
14、如图所示为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，若把熨烫 的 棉 麻 衣 物 换 成 丝 绸 衣 物，则 如 何 调 节 调 温 旋 钮导学号 12220373()第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A向下 B向上C保持原状D不能确定答案：B解析：由题意知，电熨斗由熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，就是要求电熨斗在低温易断开，因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，使双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离。所以选B。织物材料尼龙合成纤维丝绸羊毛棉麻熨烫温度低高第六章
15、2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 考点题型设计第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 力传感器的应用如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB 为一均匀的滑线电阻，阻值为 R，长度为 L，两边分别有 P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆 MN 上保持水平状态而上下自由滑动。弾簧处于原长时，P1 刚好指着 A 端，P1 与托盘固定相连。若 P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小。已知弹簧的劲度系数为 k，托盘自身质量为 m0，电源电动势为 E，内阻不计，当地的重力加速度为 g。求：导学号
16、 12220374第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1与A端的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1与A端的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A端的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零。校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式。解析：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀滑线
17、电阻，则其阻值与长度成正比。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)由力的平衡知识有：m0gkx1，解得 x1m0gk(2)放上物体 m 重新平衡后：m0gmgkx2，解得 x2mm0gk(3)由闭合电路欧姆定律知：UIR 串(R 串为 P1、P2 间电阻)由R串R xL，其中 x 为 P1、P2间的距离，则xx2x1mgk，联立解得：mkLUgE答案：(1)m0gk (2)mm0gk(3)mkLUgE第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (陕西交大附中 20142015 学年高二期中)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算
18、机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化。与之相连的电子电路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是 导学号 12220375()第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A温度传感器 B压力传感器C磁传感器D光传感器答案：B解析：小金属片被按下时，将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物
19、理 选修3-2 温度传感器的应用如图所示是电饭锅的结构图，试回答下列问题：导学号 12220376第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？为什么？第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：(1)开始煮饭时压下手动开关，使永磁体和感温磁体吸合，以保持触点接触，接通
20、加热电路；手松开后这个按钮不会恢复图示状态，因为永磁体与感温磁体相互吸引，弹簧的弹力不能使永磁体恢复原状态。(2)水沸腾后锅内的温度应大致保持在100，因为水的沸点是100，此时水分未被米吸收完，锅内水分较充足，所以能保持一段时间。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度会由100升到103，达到居里点，此时开关按钮会自动弹起，断开加热电路，进入保温状态，因为锅底温度达到103时，感温磁体失去磁性，永磁体再不能与它吸合，在弹簧的作用下，开关按钮恢复初始状态。(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后不能自动断电，因为水沸腾的温度是100，
21、而不能达到103(居里点)，水将一直沸腾直到烧干。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 (辽宁白城 20142015 学年高二期中)如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是 导学号 12220377()第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A温度升高至74时，L1亮灯报警B温度升高至74时，L2亮灯报警C温度升高至78时，L1亮灯报警D温度升高至78时，L2亮灯报警答案：D解析：当温度低于78时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L
22、2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 光传感器的应用如图(1)所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图(2)所示，试根据这一特性用图(3)中给定的器材设计一个自动光控电路。导学号 12220378第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 解析：由光敏电阻的特性曲线
23、可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 控制过程是：当有光照时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。点评：光传感器是重要的传感器之一，人们运用硫化镉对可见光敏感的特性，制作路灯自动开关、光照自动调节装置等自控设备，利用某些半导体材料对红外光敏感的特性，制作遥控设备，广泛的应用在电视机、录像机、空调、影碟机
24、等家用电器的操作中，由于对红外光敏感的元件对可见光不敏感，用它制作的装置不受可见光影响，因此它的应用十分广泛。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管 LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到 LED 发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是 导学号 12220379()A进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导
25、人教版 物理 选修3-2 C发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D以上说法均不正确答案：C解析：由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 易错案例剖析第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 易错点：对实际问题考虑不全面而出错案例：一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图所示。连接在竖直弹簧上的重物与滑
26、动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值。关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是 导学号 12220380()第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 A飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正B飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负C飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零D飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约
27、为9.8m/s2易错分析：本题易错选C，认为飞船在圆轨道上运行时，处于完全失重状态，a0，所以电压表示数为零。第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 正确解答：该装置在地面上静止时，kxmg，指针指在表盘中央的零刻度处；飞船在加速上升的过程中，kxmg，滑动头下移，此时，电压表的示数为正；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向向上，此时电压表示数仍为正，故A对、B错；飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，ag，弹簧恢复原长，电压表示数不为零，故C错、D对。正确答案：AD第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课堂知识构建第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 第六章 2成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-2 课 时 作 业（点此链接）