山東省臨清實(shí)驗(yàn)高中物理 第六章第2節(jié)傳感器的應(yīng)用(一)學(xué)案 新人教版選修

1、.選修3-2第六章第2節(jié)：傳感器的應(yīng)用（一）學(xué)案課前預(yù)習(xí)學(xué)案【預(yù)習(xí)目標(biāo)】：了解傳感器應(yīng)用的一般模式，電子秤、話筒、電熨斗的工作原理傳感器 1、概念：_。 2、原理圖： 3、三種常見(jiàn)的敏感元件 （1）光敏電阻 材料及構(gòu)造 工作原理 功能：把_（光學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 熱敏電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 d）分類(lèi)： 正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻（特點(diǎn)） 負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻（特點(diǎn)） 金屬熱電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 （3）霍爾元件 材料及構(gòu)造 霍爾電壓：_。 推導(dǎo)： 功能：把_（磁學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)

2、量）。傳感器功能：能將力、溫度、光、聲、物質(zhì)成分等_轉(zhuǎn)化為_(kāi)的元件。課內(nèi)探究學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）、了解傳感器應(yīng)用的一般模式；（2）、理解電子秤、話筒、電熨斗的工作原理。（3）、會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。（4）、通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)，探究電子秤、話筒、電熨斗等的工作原理，從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應(yīng)用，進(jìn)一步總結(jié)出傳感器應(yīng)用的一般模式。（5）、通過(guò)實(shí)驗(yàn)激發(fā)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新意識(shí)，提高物理理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的綜合實(shí)踐能力?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！緦W(xué)習(xí)方法】：探究實(shí)驗(yàn)【合作探究】問(wèn)題1

3、：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？1、傳感器應(yīng)用的一般模式閱讀教材開(kāi)頭幾段，然后合上書(shū)，在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。提示：一般情況下，傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，要想觸發(fā)控制電路，此信號(hào)必須進(jìn)一步放大才可以，所以需要放大電路，即放大器。閱讀教材并在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。傳感器2、下面學(xué)習(xí)幾個(gè)傳感器應(yīng)用的實(shí)例。（1）力傳感器的應(yīng)用電子秤師：閱讀教材56頁(yè)最后一段，思考并回答問(wèn)題。問(wèn)題2：電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？問(wèn)題3：簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。問(wèn)題4：應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？（2）聲傳感器的應(yīng)用

4、話筒閱讀教材56頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考并回答問(wèn)題。問(wèn)題5：話筒的作用是什么？問(wèn)題6：說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。問(wèn)題7：說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？問(wèn)題8：駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。指出：駐極體話筒利用了電介質(zhì)的 現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場(chǎng)中，在前后兩個(gè)表面上會(huì)分別出現(xiàn) 與 的現(xiàn)象某些電介質(zhì)在電場(chǎng)中被極化后，去掉外加電場(chǎng)，仍然會(huì)長(zhǎng)期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱(chēng)為 演示實(shí)驗(yàn)：按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路，話筒的輸出端經(jīng)過(guò)隔直電容接到示波器。對(duì)著話筒喊話，觀察示波器的熒光屏上的波形，再用另外一人同樣對(duì)話筒喊話，比較兩次聲音

5、產(chǎn)生的波形有什么不一樣。上述過(guò)程，就是話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。結(jié)論：（3）溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的電熨斗就是靠溫度傳感器來(lái)控制溫度的。實(shí)驗(yàn)：取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外殼，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一個(gè)U型的雙金屬片，雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰靠近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的 。做實(shí)驗(yàn)，觀

6、察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。投影：電熨斗結(jié)構(gòu)圖（如圖所示）思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？（4）、拓展：溫度傳感器的另一應(yīng)用電冰箱的溫控裝置如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測(cè)溫泡1，細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器，膜盒3為扁圓形，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。

7、5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7的拉力。自動(dòng)控溫原理：如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器，膜盒為扁圓形，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上，連桿9的

8、下端裝在機(jī)箱上的軸，凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高時(shí)，1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒3的左端膨脹，推動(dòng)彈簧片4向左轉(zhuǎn)動(dòng)，使5、6接觸，控制的壓縮機(jī)電路開(kāi)始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定程度，氯甲烷受冷收縮，5、6又分開(kāi)，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再重復(fù)上述過(guò)程。溫度設(shè)定原理：將凸輪8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9向右頂，使得彈簧7彈力增大，此時(shí)要將5、6觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高一些，即溫控?fù)鯌?yīng)低一些（例如1級(jí)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)凸輪8，控制的溫度低一些，控溫?fù)跻咭恍５湫屠}例1.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽

9、車(chē)在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b在前，傳感器a在后汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 ms2）（1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車(chē)的加速度大小和方向（2）當(dāng)汽車(chē)以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零例2、如圖5是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金

10、屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的（ ）金屬板金屬膜振動(dòng)膜外電路圖5（A）距離變化 （B）正對(duì)面積變化（C）介質(zhì)變化 （D）電壓變化課后練習(xí)與提高：1如圖所示，甲、乙是兩類(lèi)熱敏電阻的R-t特征圖線，如果想用熱敏電阻作傳感器，并與繼電器相連，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)報(bào)警線路，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，由繼電器接通電路報(bào)警，采用圖_類(lèi)熱敏電阻較好.2如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱

11、敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)（ ）A.R1兩端的電壓增大 B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強(qiáng) D.小燈泡的亮度變?nèi)?下列說(shuō)法正確的是 （ ）A、應(yīng)變式力傳感器可以測(cè)重力，也可以用來(lái)測(cè)牽引力B、電子秤的核心元件是應(yīng)變片，它多用金屬材料制成，是一種敏感元件C、應(yīng)變片能把力學(xué)量物體形變轉(zhuǎn)換為電學(xué)量電壓D、所有電子秤都應(yīng)用了應(yīng)變式力傳感器4關(guān)于話筒，下列說(shuō)法正確的是 （ ）A、無(wú)論動(dòng)圈式話筒、電容式話筒、還是駐極體話筒，作用相同都將聲波力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了電壓（或電流）電學(xué)量B、電容式話筒和駐極體話筒原理相同，都是聲波的變化引起電容變化，進(jìn)而引起輸出電壓的變化C、動(dòng)圈式話筒利用通電線圈在磁場(chǎng)中受安

12、培力振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲向電的轉(zhuǎn)化D、因?yàn)轳v極體話筒價(jià)格便宜、靈敏度高，會(huì)場(chǎng)大都用駐極體話筒5下列說(shuō)法正確的A、電熨斗能自動(dòng)控制溫度主要利用了雙金屬片，兩片金屬的膨脹系數(shù)相同B、常溫下，上下觸點(diǎn)是分享的；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分享C、需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移D、電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料6、為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與電燈控制電路相接當(dāng)樓道內(nèi)有人走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即被接通電源而發(fā)光，這種傳感器為，它輸入的是信號(hào)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是信號(hào)GbaRF7傳感器是一種采集信息的重要器件，圖1是由電容器作為傳感器來(lái)測(cè)定壓力變

13、化的電路，當(dāng)待測(cè)壓力為F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，以下說(shuō)法中正確的 ( )A、若F向上壓膜片電極，電路中有從a和b的電流B、若F向上壓膜片電極，電路中有從b和a的電流C、若F向上壓膜片電極，電路中不會(huì)出現(xiàn)電流D、若電流表有示數(shù)，則說(shuō)明壓力F發(fā)生變化8、1999年7月12日，日本原子能公司所屬敦賀灣電站由于水管破裂導(dǎo)致國(guó)徽冷卻劑外流，在檢測(cè)此重大事故中應(yīng)用了非電量變化（冷卻劑外泄使管中液面變化）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)如圖所示是一種測(cè)定導(dǎo)電液體深度的裝置；包著一層電介質(zhì)的金屬棒與導(dǎo)電液體形成一個(gè)電容器，電容量的變化能反映液面的升降情況，則下列敘述中正確的是 ( )導(dǎo)電液電解質(zhì)芯線A電容增大反映

14、h增大B電容增大反映h減少C將金屬棒間的電壓和導(dǎo)電液體分別接電源兩極再斷開(kāi)后，液體深度變化時(shí)導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓增大反映h減小D將金屬棒和導(dǎo)電液體分別接電源兩極再斷開(kāi)后，液體深度變化時(shí)導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓增大反映h增大9、街道旁的路燈、江海里的航標(biāo)燈都要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的（ ）A、壓敏性 B、光敏性 C、熱敏性 D、三特性都利用了10、若超導(dǎo)體線圈連接在電路中，則（ ）A.超導(dǎo)體線圈中有較小的電流通過(guò)B.有強(qiáng)大的電流通過(guò)線圈，不能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)C.電流通過(guò)超導(dǎo)體線圈，能產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)D.電流在超導(dǎo)體線圈中，會(huì)有

15、部分能量消失11如圖所示是繼電器的原理圖，A為常閉觸點(diǎn)，B為常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)在接線柱2、3間通入一定的電流時(shí)，電磁鐵便使銜鐵P脫離A而與B接觸，從而達(dá)到控制電路的目的.接線柱_與有電源的熱敏電阻串聯(lián).接線柱_與外電路串聯(lián)，即可在溫度過(guò)高時(shí)切斷外電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)外電路的自動(dòng)控制.若要求切斷此電路的同時(shí)接通另一個(gè)外電路，則需要接通的電路應(yīng)連在_兩個(gè)接線柱上.12計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)是由兩片金屬切片組成的小電容器該電容器的電容可用公式C=計(jì)算，式中=910-12,S為金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間距當(dāng)鍵被按下時(shí)，此電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)設(shè)每個(gè)金屬片的正

16、對(duì)面積為50 mm2，鍵未按下時(shí)的金屬片間距為06 mm如果電容變化025 pF，電子線路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則鍵至少需要被按下（ ）A015 mm B025 mm C035 mm D045 mm13一光敏電阻和一用電器串聯(lián)后接在一電源上，如圖所示.當(dāng)電路中的光敏電阻受到光照射時(shí)，用電器_正常工作；當(dāng)光敏電阻不受光照射時(shí)，阻值_，電流_，用電器_工作.14如圖所示為一自動(dòng)控溫的電加熱器的電路圖，R1是熱敏電阻，R2是加熱電阻，試說(shuō)明它是如何控制溫度的.【學(xué)習(xí)小結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題： 力傳感器的應(yīng)用 傳感器的應(yīng)用 聲傳感器的應(yīng)用 溫度傳感器的應(yīng)用 力傳感器是把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；聲傳感器是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而溫度傳感器往往是用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制【課后作業(yè)】課本P58-59 1、2、