高中物理 传感器应用
传感器在高中物理实验中的应用
传感器在高中物理实验中的应用摘要：新课改背景下，物理学习对物理实验的要求越来越高，强调要让学生真正接触实验，并从中学会知识的应用。
因此，信息技术越来越多地被运用到实验教学中，尤其是传感器。
传感器能展示教师无法亲自演示的实验，也可以减少实验的误差。
同时，传感器的使用能让学生获得更好的实践体验，提升学生的综合素质。
关键词：传感器的应用；高中物理实验；小球碰撞实验引言物理实验中引入传感器的测量方法已势在必行，这不仅成为信息技术与物理课程融合的需求，也为教育手段的现代化提供了契机。
与此同时，传感器进入物理实验中能对学生创造性思维能力的培养有一定的帮助作用。
1．传感器传感器是一种非电量与电量间的转换和检测的装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点有：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。
通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和Ｐ未敏元件等十大类。
由此可见传感器应用的范围很广，因此在物理实验教学领域，其技术手段也需要不断更新，如：力、热、声、光、磁转换成便于测量的电学量，并能放大、传输、储存、显示或做出必要的控制输出信号。
2.高中物理教学的不足2.1物理教学的资源欠丰富随着新课改的不断深入实施，物理教材也同步在更新，而且不同地方所使用的物理教材也有所不同，并且也有一些不足。
从物理教材所涉及的知识面来看，受到一定限制，教学资源并不十分丰富。
2.2学生的主体地位并没有充分显现出来受传统教学模式的影响，在物理课堂上教师仍然是以自我为中心开展教学，一味地进行知识的灌输与“填鸭”，导致学生的学习处于被动状态，并没有真正做到自主学习、自主探究。
被动接受知识不利于学生的思维发展，由此也降低了学生的学习效率，导致学生对物理学习产生一定的畏难情绪。
高三物理下册《传感器及其应用》优秀教学案例
四、教学内容与过程
（一）导入新课
在导入新课环节，我将通过一个简单的实验来激发学生的兴趣。我会带一个声光控开关到课堂上，让学生观察并思考其工作原理。当学生尝试拍手或发出声音时，声光控开关会自动点亮，这将引发学生对传感器的好奇心。接着，我会提出问题：“这个开关是如何感知声音并作出反应的？”通过这个实验和问题，自然地引入传感器这一新课主题。
（二）过程与方法
1.通过问题驱动的教学方法，引导学生主动探究传感器的工作原理和应用领域，培养学生的自主学习能力和问题解决能力。
2.采用小组合作形式，让学生在讨论、实践过程中，学会倾听、交流、协作，提高团队合作能力。
3.利用实验、演示等教学手段，让学生亲身体验传感器的性能和应用，培养观察能力和实验操作能力。
二、教学目标
（一）知识与技能
1.理解并掌握传感器的基本原理，包括光电传感器、热敏传感器、压敏传感器等常见类型的工作原理及其特点。
2.学习并掌握传感器在实际应用中的电路连接方式，能够分析传感器在电路中的作用。
3.学会使用传感器进行数据采集，并通过数据处理分析传感器性能，为实际问题提供解决方案。
4.能够运用所学知识，结合实际需求，设计简单的传感器应用电路，提高创新能力和实践能力。
在教学过程中，教师将采用问题驱动的教学方法，以学生为主体，激发学生的求知欲和探究精神。本案例从传感器的基本原理入手，结合生活实例，让学生了解不同类型的传感器及其在工程、医疗、环保等领域的广泛应用。通过小组讨论、实验操作等环节，培养学生动手实践能力和团队合作精神，使学生在掌握物理知识的同时，增强对传感器引导学生关注传感器技术在日常生活中的应用，提高学生理论联系实际的能力。
新人教版高中物理选修3-2课件 传感器的应用
[学习目标] 1．了解传感器在日常生活、生产中的作用。 2．理解传感器在电子秤、电熨斗、火灾报警器等日常 生活用品上的应用原理。
一、传感器应用的一般模式┄┄┄┄┄┄①
[说明] 传感器问题的分析思路 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。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。
[典型例题] 例 2.(2017· 江苏高考 ) 某同学通过实验 制作一个简易的温控装置， 实验原理电路图 如图 1 所示， 继电器与热敏电阻 Rt、 滑动变 阻器 R 串联接在电源 E 两端，当继电器的 电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。 继电器的电阻约 20 Ω，热敏电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系如下 表所示。 t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1
F1－F2＝ma1
F1－F2 14－6 可得 a1＝ m ＝ m/s2＝4 m/s2 2
a1 与 F1 同方向，即向前(向右)。 (2)a 传感器的读数恰为零， 即左侧弹簧的弹力 F1′＝ 0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短 多少，所以右侧弹簧的弹力变为 F2′＝20 N。 滑块所受合力产生加速度 a2，由牛顿第二定律得 F ＝F2′＝ma2 [答案] F2′ 可得 a2＝ m ＝10 m/s2，方向向左。 (1)4 m/s2 方向向右 (2)以方向向左、大小
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。 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。
智能手机传感器在高中物理中的应用研究
智能手机传感器在高中物理中的应用研究引言：随着科技的不断进步，智能手机已经成为人们生活中必不可少的一部分。
除了人们常用的通信功能外，智能手机内置的各种传感器也使其具备了测量和检测的能力。
这些智能手机传感器可以被广泛应用于不同的领域，包括高中物理教学与实验。
本文将重点探讨智能手机传感器在高中物理实验与教学中的应用研究。
一、智能手机传感器简介智能手机通常内置了多种传感器，主要包括加速度传感器、陀螺仪、磁力计、光线传感器、压力传感器和温度传感器等。
不同的传感器可以测量和检测不同的物理量，为物理实验与教学提供了很大的便利。
二、加速度传感器的应用加速度传感器可以测量物体在三个方向上的加速度，特别适用于研究物体的运动。
在高中物理实验中，我们可以利用加速度传感器测量自由下落实验中物体的加速度并验证重力的存在。
通过将智能手机固定在物体上，可以非常准确地测量该物体在下落过程中的加速度，并结合相关公式计算出重力加速度的值。
三、陀螺仪的应用陀螺仪可以测量物体绕着三个方向上的旋转角速度，可以帮助学生更好地理解与学习力矩的概念。
在高中物理实验中，我们可以利用陀螺仪测量不同物体的转动惯量。
通过将智能手机固定在旋转体上，可以记录下旋转的角度与时间的关系，通过计算可以得到旋转体的转动惯量。
四、磁力计的应用磁力计可以测量物体上的磁场强度，被广泛应用于物理实验与教学中的电磁学领域。
在高中物理实验中，我们可以利用磁力计测量电流产生的磁场强度，验证安培定律的正确性。
通过将智能手机放置在电流通路附近，可以测量到由电流所产生的磁场强度，并通过安培定律进行相关计算。
五、光线传感器的应用光线传感器可以测量物体周围的光照强度，可以用于研究光学实验与教学。
在高中物理实验中，我们可以利用光线传感器测量灯光的强度与距离的关系，验证光强与距离平方的关系。
通过将智能手机固定在不同距离处，测量到的光照强度与距离的关系，可以进行线性拟合并计算出相关的参数。
六、压力传感器的应用压力传感器可以测量物体的压力，在研究压力和体积的关系时发挥重要作用。
【2024版】新教材-人教版高中物理选择性必修第二册-第五章-传感器-精品教学课件(非图片版可编辑)
【典例示范】
(多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理
量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越
小),C为电容器,当环境温度降低时
()
A.电容器C的带电荷量增加
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
【思维建模】
六、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__(伸长或缩短)时,其 _电__阻__随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种 _力__敏__元件。 2.电阻应变片的原理:当金属丝受到拉力时,长度变_长__、横截面积变_小__,导致 电阻变_大__;当金属丝受到压力时,长度变_短__、横截面积变_大__,导致电阻 变_小__。 3.电阻应变片能够把_物__体__形__变__这个力学量转换为电阻这个电学量。应用有 _电__子__秤__。
一 对传感器的认识 1.传感器的组成和工作流程: (1)传感器的组成。 ①敏感元件:相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏 感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 ②转换元件:将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电 信号的电子元件。 ③转换电路:将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如 电压、电流、电阻等电学量或电路的通断等。
1.传感器: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__输出的一类器件或装置。 2.非电学量转换为电学量的意义: 把_非__电__学__量__转换成电压、电流等电学量,或转换为电路的_通__断__,可以很方便 地进行测量、传输、处理和_控__制__。
传感器在高中物理实验中的应用
传感器在高中物理实验中的应用摘要：物理实验教学是新学科的要求，也是物理教学的重要阶段。
在这一过程中，不仅培养学生学习物理的兴趣，而且培养学生的认真观察，培养自己的分析比较、判断、总结和提高自身综合素质的习惯，都是有益的。
因此，实验物理教学在实施注重培养学生创新精神和实用技能的优质教育方面发挥着独特和不可替代的作用。
关键词：传感器；高中物理实验；应用策略引言随着新客户的到来，物理学习越来越多，强调了学生真正参与实验和学习知识应用的重要性。
因此，信息技术越来越多地用于实验教学，特别是在传感器中。
传感器显示教师自己无法进行的实验，并降低误差率。
传感器的使用使学生能够改善体验，提高学生的素质。
一、高中物理实验教学的现状（一）没有得到足够的重视从实际情况来看，虽然很多教师都知道物理实验教学的重要性，知道实验对学生物理学习能力提升有很大的帮助。
但是，在应试教育理念的影响下，还是有部分学校和教师过于关注学生的物理卷面成绩。
因此，在日常教学过程中，就会过多地去关注学生对于课本理论知识的理解和掌握，却没有在课堂教学中充分重视实验教学。
这样一来就导致学生的实践能力无法得到提升，使学生对于物理实验操作不是很理解，就会在很大的程度上影响到学生的物理学习情况。
（二）教学方法单一我国当前的教育环境普遍存在教师教学风格沉闷、教学方法单一的情况,导致课堂氛围枯燥无趣。
高中生的学业压力较大,枯燥乏味的课堂学习更无法吸引学生的兴趣,教师要把握好学生的青春发育阶段,利用学生的兴趣和活泼好动的特点,加强引导,提高学生的自控力,学生对一些未知的事情充满好奇,教师如果不能加强引导,学生的课堂注意力难以集中,导致听课效率不高,也影响着教学效率,不利于学生夯实基础,为今后的物理学习埋下隐患。
物理作为连续性学习很强的学科,需要打好基础,由浅入深。
除此之外,一些教师没有多角度思考问题,只是一味地注重知识的灌输和讲解,没有考虑学生的听课效果和理解程度,更没有针对学生学习情况改变教学技巧,这是忽略学生作为课堂主体的一种表现。
教科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第5章 传感器 本章整合
10 V量程,故旋至C点。
(3)若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时电表与电源不连接,因此指
针不偏转;而接入a、c时,电表与电源直接连接,故指针发生偏转。
(4)当温度为70 ℃,热敏电阻RT=60 Ω,用电阻箱替代热敏电阻,所以把电阻
箱数值调到60 Ω。
对点演练
(2023广东高二期末)2022年北京冬奥会室内赛场利用温度传感器实时监控赛场
温度,而温度传感器的主要部件是热敏电阻。某探究小组的同学用一个热敏电
阻设计了一个简易的“过热自动报警电路”。
(1)为了测量热敏电阻RT的阻值随温度变化的关系,该小
组设计了如图甲所示的电路,他们的实验步骤如下:
0.06
Ω,由图乙可知,此时t=40 ℃;所以当温度t≥40 ℃时,警铃报警。
3
当考虑电源内阻时,线圈中的电流大于等于60 mA,则 R 总= = 0.06 Ω
=50 Ω,不变,但热敏电阻RT'=R总-R0-r,热敏电阻的阻值变小,温度升高。
加热器停止加热,实现温控。继电器的电
阻为20 Ω,热敏电阻的阻值RT与温度t的关
甲
系如下表所示。
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
RT/Ω
230
165
108
82
60
(1)提供的实验器材:电源E(内阻不计)、滑动变阻器R、热敏电阻RT、继电
器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。
电源的电动势为E=3 V,电源内阻可忽略,继电器线
圈用漆包线绕成,阻值为R0=15 Ω。将热敏电阻RT
高中物理实验传感器的简单应用
实验十三传感器的简单应用【教学目的】1、观察热敏电阻的阻值是如何随热信号而变化的。
2、观察光敏电阻的阻值是如何随光信号而变化的。
【教学重点】热敏电阻的阻值随热信号而变化的情况。
光敏电阻的阻值随光信号而变化的情况。
【教学难点】温度自动控制实验【实验原理】传感器是能将所感受到的物理量（如力、热，光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号，转换后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。
【注意事项】使用热敏电阻时，不要让其骤冷骤热，以免损坏。
【实验器材】1、学生电源，2、热敏电阻，3、光敏电阻，3、计数器，4、放大器，5、烧杯2 个，6、温度计，7、手电筒，8、水瓶，9、水桶，10 电壶。
【实验步骤】1、将热敏电阻两端与多用电表两表笔相连，接入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，将组装成如图所示的实验装置。
将多用电表的选择开关置于欧姆档并选择适当的倍率，观察表盘所示热敏电阻的阻值。
分若干次向烧杯中倒入开水，，观察不同温度下热敏电阻阻值。
2、将光敏电阻和多用电表连接成如图所示的电路：将多用电表选择开关置于电阻朱的适当倍率上，用手电筒的光照射光敏电阻，观察电表指示的阻值。
3、观察光电计数的实验。
3、实验结论：热敏电阻的阻值随温度升高而变小，光敏电阻的阻值有光照时阻值变小。
【实验小结】该实验使用的电源只能用6V 的稳压电源，若改用甲电池或干电池，都会因为电流太大，而损坏放大器。
【作业布置】设计温度自动控制装置：要求温度升高自动报警。
高中物理 传感器(原理及典型应用) (提纲、例题、练习、解析)
传感器（原理及典型应用）【学习目标】1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。
2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。
3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。
4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。
【要点梳理】要点一、传感器1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。
2．传感器原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。
传感器原理如下图所示。
3．传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。
根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。
物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。
化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。
生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。
要点二、光敏电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。
要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。
要点三、热敏电阻和金属热电阻1．热敏电阻热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。
如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
要点诠释：（1）在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数（PTC）热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数（NTC）热敏电阻器。
新人教版选修3-2高中物理第6章第2讲传感器的应用课件
移测量，从而实现对零部件的精密加工．
课堂讲义
例2 关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( A．应变片是由导体材料制成
传感器的应用
)
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小
C．传感器输出的是应变片上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大
课堂讲义
传感器的应用
针对训练1
为解决楼道的照明，在楼道内安装
一个传感器与电灯的控制电路相接．当楼道内
有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发
声控 传感器，它输入的 光，这种传感器为________
声音 信号，经传感器转换后，输出的是 是________ 电 ________ 信号．
课堂讲义
二、常见传感器的应用实例
下列说法中正确的是( )
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升 D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
压力在增大
加速度变化
对点练习
传感器的应用
温度传感器的应用
2．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，
空调机在室例1 下列说法中不正确的是( )
传感器的应用
A．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 B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片 C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
话筒是声传感器，能将声音信号转换成电信号，故A错
F=400 N 时，由 F＝kΔx，则 Δx＝4 cm，
U RaP＝20 Ω，RPb＝5 Ω，则 I＝ ＝0.3 A R0＋RPb
人教版高中物理选修3-2课件高二：第6章第2节《传感器的应用》(选修3—2)
四、温度传感器的应用——电饭锅 1．感温铁氧体 (1)组成：氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成． (2)特点：常温下具有铁 磁性，能够被磁体吸引，温
度达到约103℃，失去铁磁性． (3)居里点：又称居里 温度，即指103℃. 2．电饭锅的结构如图 所示．
3．电饭锅的工作原理 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，
工作原理；
(2)计算加热和保
温两种状态下，电饭
煲消耗的电功率之比；
(3)如果不闭合开
关S1，能将饭煮熟吗？
解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同 时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加 热状态．加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后， 温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯 亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70℃时，S2 自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80℃时，S2又自动断开， 再次处于保温状态．
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．
如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻， LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED距 离不变，下列说法正确的是( )
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移 动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动触头 P，L消耗的功率都不变
手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板
通电加热，饭熟后，水分被吸收，当温度上升到居里温度时， 感温磁体失去磁性，开关便会自动断开．
下图是电饭煲的电路图，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合后， 当此开关温度达到居里点(103℃)时，会自动断开，且不能自 动闭合．S2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70℃时， 会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开．红灯是加热指 示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电 阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计． (1)分析电饭煲的
高中物理传感器的应用
（） １开始时金属片 中央 Ｏ点未加任何 压力 ， 欲使电压表无示数 ， 则 ４个电阻应满足怎样 的关 系？ （ ） ０点加一个压 力 Ｆ后 发生形 变 ， ２当 这时 ４个 电阻也随之发 生形变 ， 形变后各 电阻大 小如何变化？ （） ３ 电阻变 化后 ， 电阻的 Ａ Ｂ 、 两点哪点电压高？ 它为什么能测量
玺 单 ⑧
（） １ 本题 是电路 中 Ａ Ｂ两点 间电压与 ４ 电阻的关系 ， 、 个 由于 电 压表的电阻可看作无穷 大 ， 因此本 电路是 Ｒ 、 ２的串联 电路与 Ｒ 、 ｌＩ ｔ ３ Ｒ 的串联电路并联 ， 特表 电路 相当于一根 电桥 。 ４ 伏 要使伏特表无读 数 ， Ａ、 即 Ｂ两点电势相等则有 ： ／２ ３Ｒ Ｒ１ ＝Ｒ ／４或 Ｒ１ ４ ｔＲ 。 Ｒ Ｒ ＝ｆ２ ３ （ ） 。点加垂 直于金属片 的压力后 ， ２当 金属片发生形变 ， 由于电 阻是 固定在金属 片上 的（ 由上 图 ） 因此 Ｒ 、 ４ ， ｌ Ｒ 被拉长 ， ２ Ｒ 被拉 Ｒ 、３
【 关键词 】 传感器； ； 元件 电信号
传感器是 指能将所感受到的物理量 （ 如力 、 光等） 热、 转换成便 于 测量的量 （ 一般是 电学量 ） 的一类元件 ， 其工作 过程是通过对某一 物 理量敏 感的元件将 感受到 的信号 按一定规律转 换成便 于利用 的信 号 。传感器可以根据其利用的元件进行 分类 （ 如电容传感器 、 电阻传 感器等 ）也可以按其转换的信号来分类（ ， 如光电 、 热电传感 器等） 。 １ ．热 电传 感 器 ： 热 电传感器是指将温度信号转换成电信号 的一类传感器 ，一般 有两类 ： 一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化（ 如热 胀冷缩 ） 达到转换信号的 目的； 还有一类是随温度变化引起 电阻的变 化（ 如半导体材料中热敏 电阻随温度升高电阻减小 ） 达到转换信号的
高中传感器的原理和应用
高中传感器的原理和应用1. 传感器的基本原理•传感器是一种能够将非电信号转换为电信号的装置，它能够感知和测量周围环境中的各种物理量或化学量，并将其转化成可供电子设备处理的电信号。
•传感器的工作原理主要基于光、电、声、热、力、化学等各种物理效应或特性。
•具体来说，传感器将被测量物理量（比如温度、湿度、压力等）的变化转化为电信号，通过该电信号可以实现各种控制和判断。
2. 高中常见的传感器类型及其原理以下是一些高中常见的传感器类型及其原理：2.1 温度传感器•温度传感器是一种将温度变化转换为电信号的传感器。
•常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体温度传感器等。
•热电偶是利用热电效应来进行温度测量的，它由两种不同材料的导线焊接形成。
•热电阻是利用材料的电阻随温度变化而变化的特性进行温度测量的。
•半导体温度传感器是利用半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性进行温度测量的。
2.2 光敏传感器•光敏传感器是一种将光信号转换为电信号的传感器。
•常见的光敏传感器有光敏电阻、光电二极管和光敏三极管等。
•光敏电阻是一种利用光敏材料电阻随光照强度变化而变化的特性进行光信号测量的传感器。
•光电二极管和光敏三极管是利用光照射到半导体材料上产生电流的原理进行光信号测量的传感器。
2.3 声音传感器•声音传感器是一种将声音信号转换为电信号的传感器。
•声音传感器的工作原理基于压电效应或压电材料的特性。
•声音传感器能够将声波的振动转换成电信号。
3. 高中传感器的应用高中传感器广泛应用在多个领域，以下是一些常见的应用：3.1 环境监测•温度传感器可以用于测量环境温度，如气象观测、温室控制等。
•光敏传感器可用于检测光照强度，如智能照明系统、太阳能电池板调节等。
•声音传感器可用于监测环境噪声，如噪声控制、智能家居等。
3.2 安防系统•红外传感器广泛应用于安防领域，如红外感应报警器、夜视监控等。
•震动传感器可用于检测窗户和门的震动，如防盗系统。
2024-2025学年高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用(2)教案新人教版选修3-2
本节课的核心素养目标主要围绕物理学科的核心素养进行设计，包括物理观念、科学思维、实验探究和科学态度四个方面。
1.物理观念：通过实验，让学生进一步理解传感器的工作原理和特性，形成对传感器的基本认识，建立正确的物理观念。
2.科学思维：通过观察、记录和分析实验现象，培养学生运用科学思维方法，对实验结果进行解释和推理，提高学生的逻辑思维能力。
在知识层面，学生已经掌握了与传感器相关的物理知识，如电路知识、信号处理等，为本节课的深入学习奠定了基础。在能力层面，大部分学生具备较强的动手操作能力，能够独立完成实验操作。同时，他们的思维能力、观察能力和分析能力也得到了一定程度的锻炼。
然而，在学习过程中，我发现部分学生在理论知识方面较为扎实，但在实验操作和数据分析方面存在不足；还有一部分学生对理论知识掌握不牢固，对复杂实验操作过程容易产生畏难情绪。此外，部分学生在解决问题时缺乏创新意识，习惯于依赖课本和教师的指导，缺乏独立思考的能力。
在教学过程中，我还应关注学生的情感态度，激发他们的学习兴趣，帮助他们树立自信心。针对部分学生在面对困难时容易灰心丧气的问题，我要及时给予鼓励和支持，让他们感受到成功的喜悦，从而增强他们克服困难的勇气。
此外，我要充分利用课堂讨论和小组合作的机会，培养学生的团队合作精神和沟通能力。通过设置合理的课堂提问和讨论话题，引导学生积极思考、发表自己的观点，提高他们的表达能力。同时，在实验过程中，鼓励学生之间的交流与合作，让他们在实践中学会倾听、理解和尊重他人。
教学资源
1.软硬件资源：
-实验室用传感器设备
-数据采集器
-电脑及投影仪
-实验桌椅
-多媒体教学系统
2.课程平台：
-学校物理实验室
-校园网络教学平台
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220V
ce b a
二. 声传感器的应用——话筒
二. 声传感器的应用——话筒
声电传感器是指将声音信号转换为电 信号的一类传感器
常见的动圈式话筒和电容式话筒都 是声电传感器。
动圈式话筒的工作原理
电磁感应现象
膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线 圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产 生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变 化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流 经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大 的声音。优点：结实耐用，实用，方便
解：光敏电阻受到光照射时电阻变小 ，将光敏电 阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联 接入继电器的a、b端，如图示：
将交流电源与路灯接入c、e之间。
光暗时光敏电阻值大， ab间电流小，磁性弱，ce 处于闭合，灯亮。
光亮时，光敏电阻值 小， ab间电流大，磁性 强，吸住衔铁，电路ce处 断开，灯灭。
练习、 如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电
阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控
温双重功能．常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来
加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定电压
下，则 AD
A．通电后，其电功率先增大后减小。
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不 变
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
练习：如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容 制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层 ，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属 层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电
压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容
上顶板示数为零， 则弹簧变短，
F≥10N F3=0 F – mg = ma3 a3 ≥ 10m/s2 向上加速或向 下减速，加速 度a≥ 10m/s2。
用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控 制路灯的实验电路。要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭 。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电 源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。
时汽车的加速度大小和方向．
（2）当汽车以怎样的加速度
运动时，传感器a的示数为零．
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右
的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力
F2=6.0 N．滑块所受合力产生加速度a1，根据牛
顿第二定律有
F1 F2 ma1
得 a=4 m/s2
a1与F1同方向，即向前（向右）．
电容式话筒的工作原理
利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M 和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当
声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化
的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相
同的电压．优点：保真度好。
驻极体话筒的工作原理
驻极体话筒的原理同电容式话筒， 只是其内部感受声波的是驻极体塑料 薄膜．优点：体积小，重量轻，价格 便宜，灵敏度高，工作电压低。
均为k的弹簧相连，两弹簧的另一端与固定壁相连。滑
块原来静止，弹簧处于自然长度。滑块上有指针，可
通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制
导。设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏
离O点的距离为S，则这段时间内导弹的加速度 （ ）
A. D方向向左，大小为 1k S/m
B．方向向右，大小为 1k S/m
电熨斗
双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断.
P57思考与讨论
思考与讨论：
（1）常温下，上、下触点应是接触的还是 分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起 作用？
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设 定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实 现的？
（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过 高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金 属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯 曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温 度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加 热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化， 使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化 的原因可能是容器两板间的（ A ）
（A）距离变化。 （B）正对面积变化 （C）介质变化 （D）电压变化
振动 膜金属
板
பைடு நூலகம்
金属 膜
图5
外电 路
三．温度传感器的应用——电熨斗
双金属片温度传感器：
常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀 性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。
、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 ，电阻分布均匀，系统静止时P在B点
，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω 的函数式。
解：设弹簧伸长x , 则
kx=m ω2(l+x)
∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) O ω
A
设滑动变阻器单位长度
的电阻为r1
O′
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同 的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升 降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的 难易，达到控制在不同温度的目的．
课本问题与练习
1、（1）冰箱内温度较高时，
密封系统中的压强增大，盆体 膨胀，膜盒3通过小柱体带动 弹簧片4，使动触点5与静触点 6接触，控制压缩机自动开始 工作，而在达到设定的低温时 拉簧带动弹簧片4将触点5、6 断开，使压缩机停止工作．
练习：（2003上海试题）唱卡拉OK用的话筒，内有
传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在
弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永
磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音
信号转变为电信号。下列说法正确的是
()
A 该传B 感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的。
U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l
∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2)
输出电压U B
P C
S
练习、 用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上 做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的 前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感 器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑
A. 物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B. 物体M运动时，电压表的示数会发生变化。
C. 物体M不动时，电路中没有电流
D. 物体M不动时，电压表没有示数
练习：惯性制导系统已广泛应用于导弹工程中，这个
系统的重要元件是加速度计。加速度计的构造和原理
的示意图如图示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆
上套一个质量为m的滑块，滑块的两侧分别与劲度系数
式。 解：a=2kx/m
10
0
10
∴ x=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 x / L =maU0 / 2kL =mU0 a / 2kL∝a
P U
U0
练习:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构 如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移 并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系 统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k
当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，
则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电
势降落大，则Q点电势高于P点，则指针应向零点左
侧偏转．
课本问题与练习
（1）A、B端
（2）由图甲知，t=100℃时R=50Ω，则继
电器电路中电流在100℃时，，其中为继电 器的电阻。
代入数据解得， R 100
（2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7 的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧 片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变 设定的温度．
课本问题与练习
2．该同学设计的电路在原理上可
行，当滑动片P在滑动变阻器中央 时P、Q等势，电压表指针指中央
零点．
这个装置可以同时测出加速 度大小和方向，大小可通过电压 表示数大小表示，方向可通过偏 转方向判定．
沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？
解： 原来
F=10N m
（1）
F
（2） F a3
a
mg F1 =6N
a2
mg F2
上顶板示数是下
向上做匀减速 底板示数的1/2
运动a向下
弹簧长度不变
a=2m/s2
F=10N F2=5N
mg+F1-F=ma
mg+F2-F=ma2
m=0.5kg
a2=0
静止或匀速运动
mg
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力
F1/=0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧 就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2/=20N。滑 块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，
a2=10m/s2，方向向左．
练习：将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形
的箱中，如图所示，在箱的上顶板和下底板装有压
块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、 b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读 出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在 前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示 数均为 10 N（取g=10 m／s2）．
（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此
D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1
到t2之间的某一值不变。
R
t/℃
t1
t2
练习、（2003上海考题）演示位移传感器的工作 原理如右图示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变 阻器的金属滑杆p，通过电压表显示的数据，来反映 物体位移的大小x。假设电压表是理想的，则下列说