- 常见传感器的工作原理及应用 —新人教版高中物理选择性必修第二册上课课件
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42 常见传感器的工作原理及应用 —人教版高中物理选择性必修第二册课件
(2)力传感器的工作原理如图所示：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 ，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 ．因此可得，外力越 大，得出的电压差值也就越 大 ．
(1)求托盘上未放置物体时，在托盘自身重力作用下，P1与 A端的距离x1；
(2)求托盘上放置质量为m的物体时，P1与A端的距离x2； (3)在托盘上未放置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．
【答案】 (1)mk0g (2)m＋km0g (3)m＝kgLEU
【点评】 力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流 的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值 大小，可以得知外力的大小．力传感器的种类繁多，在具体应 用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算．
总结提能 物理传感器是将所感受到的物理量(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：
5．光传感器的应用——火灾报警器 烟雾式火灾报警器的结构如图，烟雾上升，到达天花板底 下，烟感报警器通过烟发现火灾，所以烟雾式火灾报警器安装 在 天花板 上．
有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔 的罩子内装有 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．
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 ．因此可得，外力越 大，得出的电压差值也就越 大 ．
(1)求托盘上未放置物体时，在托盘自身重力作用下，P1与 A端的距离x1；
(2)求托盘上放置质量为m的物体时，P1与A端的距离x2； (3)在托盘上未放置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．
【答案】 (1)mk0g (2)m＋km0g (3)m＝kgLEU
【点评】 力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流 的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值 大小，可以得知外力的大小．力传感器的种类繁多，在具体应 用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算．
总结提能 物理传感器是将所感受到的物理量(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：
5．光传感器的应用——火灾报警器 烟雾式火灾报警器的结构如图，烟雾上升，到达天花板底 下，烟感报警器通过烟发现火灾，所以烟雾式火灾报警器安装 在 天花板 上．
有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔 的罩子内装有 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．
2023年新教材高中物理第5章传感器2常见传感器的工作原理及应用课件新人教版选择性必修第二册
3．光敏电阻、热敏电阻特点对比.
元件 光敏 电阻
热敏 电阻
特点 半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能 量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地 增强，电阻减小 对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电 子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电 性明显地增强，电阻减小
热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学 量吗？
【答案】热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻 这个电学量．
有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度地减小，则这
种元件使用的材料可能是
()
A．金属导体
B．绝缘体
C．半导体
D．超导体
【答案】C
【解析】金属导体的电阻随温度的升高而增大，超导体的电阻几乎
变式1 (多选)如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人 监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则
() A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间 电压升高 B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间 电压降低 C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的
电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
【答案】AD 【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻 较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发 生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的 电阻，D正确．
②手张开(或用黑纸)放在光敏电阻上，挡住部分光线，再测光敏电 阻的阻值；
人教版高中物理选择性必修第二册精品课件 第五章 传感器 1 认识传感器
2.了解传感器的种类，知道 体会物理模型在探索自然规律中的作用。
传感器的组成与应用模 科学态度与责任：借助传感器在生活、科技中的应用实
式。
例，感受传感器技术的应用对信息时代的促进作用。
01 要点一 传感器的原理和分类
1.传感器：能够感受力、温度、光、声、化学成分等_被__测___量，并能把它们按照一定 的规律转换为电压、电流等_电__学___量，或转换为电路的_通__断___的元件。 2.传感器的核心元件 （1）敏感元件：能直接感受或响应外界_被__测__非__电__学__量___的部分。 （2）转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成_电__信__号___的部分。它们分别完 成_检__测___和_转__换___两个基本功能。 （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、电流等。
3.传感器的工作原理 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、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常 要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如图所示：
4.传感器的分类
类型
工作原理
利用物质的物理性质和物理效应 物理传感器
02 要点二 传感器的组成与应用模式
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。
2.分析传感器问题的四个关键 （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）敏感元件分析 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。 （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的基础上，分析电路 输出信号与输入信号间的规律。
【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__。
高中物理教学课件-选择性必修第二册《常见传感器的工作原理及应用》
关键
明确控制装置实现的目标 明确输入量与目标间得关系
输入量：如光照强度、磁感应强度、温度等非电学量 明确敏感元件的特性（工作原理）
达标测试
某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2， 其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高， 对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1 时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2（U1、U2为定值）时，
那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用 不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
一、光敏电阻
1. 特性 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般随着
光照强度的增大电阻值减小。
2. 作用
光照强弱
光敏 电阻
电阻
3.光敏电阻的应用——计数器
A为发可动电极
待测压力F 改变板间距d
⑶目标：测量位移x
2.作用
改变εr
角度、深度、位移、压力、声音……
电容 传感器
电容
3.应用 如果某个物理量的变化能引起电容C决定式中任何一个量变化，从而引起电容
变化，那么通过测定电容器的 ，就能确定这个物理量的变化。
(多选)传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容
控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 （ C ） A.U1<U2 B.R2
为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低 D. 若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
课堂课小结堂 小 结
光敏电阻 输出电信号为电阻 金属热电阻和热敏电阻
电阻应变片
明确控制装置实现的目标 明确输入量与目标间得关系
输入量：如光照强度、磁感应强度、温度等非电学量 明确敏感元件的特性（工作原理）
达标测试
某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的R1和R2， 其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高， 对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1 时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于U2（U1、U2为定值）时，
那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用 不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
一、光敏电阻
1. 特性 光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般随着
光照强度的增大电阻值减小。
2. 作用
光照强弱
光敏 电阻
电阻
3.光敏电阻的应用——计数器
A为发可动电极
待测压力F 改变板间距d
⑶目标：测量位移x
2.作用
改变εr
角度、深度、位移、压力、声音……
电容 传感器
电容
3.应用 如果某个物理量的变化能引起电容C决定式中任何一个量变化，从而引起电容
变化，那么通过测定电容器的 ，就能确定这个物理量的变化。
(多选)传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定压力的电容
控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 （ C ） A.U1<U2 B.R2
为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低 D. 若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高
课堂课小结堂 小 结
光敏电阻 输出电信号为电阻 金属热电阻和热敏电阻
电阻应变片
人教版高中物理选择性必修第二册精品课件 第五章 传感器 2 常见传感器的工作原理及应用
2.了解电阻应变片、电容式位移传感器 科学态度与责任：在理解传感器工作原理的
的特性及其在生活生产中的应用。 基础上，知道已学知识在生活、生产、科技
3.会设计简单的有关传感器应用的控制 中的价值，通过自己设计简单的传感器，体
电路。
验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣。
01 要点一 光敏电阻
1.特点：光敏电阻在暗环境中电阻_很__大___，在强光照射下电阻_很__小___。 2.原理：无光照时，载流子_极__少___，导电性能差；随着光照的增强，载流子_增__多___， 导电性变_好___。 3.作用：把_光__照__强__度___这个光学量转换为_电__阻___这个电学量。
规律方法 霍尔电势高低的判断方法 由左手定则判断载流子所受洛伦兹力的方向时，无论载流子带正电荷还是负电荷，四 指都指向电流方向，即正电荷定向移动的方向或负电荷定向移动的反方向；同样，无 论载流子带正电荷还是带负电荷，所受洛伦兹力方向都相同。故可得出结论：如果载 流子带正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果载流子带负电荷，则拇指所指的面 为低电势面。
小 大
D
正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确。
B
[解析] 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，用手掌挡住部分光， 阻值变大，指针偏转角度变小。
02 要点二 金属热电阻和热敏电阻
项目 特点 制作材料 优点 作用
热敏电阻
金属热电阻
电阻率随温度升高而_减__小___ 电阻率随温度升高而_增__大___
04 要点四 其他传感器
1.电容式传感器
（2）应用举例 手机触摸屏——电容式位移传感器。 原理：它可以将_物__体__位__移___这个力学量转换为_电__容___这个电学量。如图所示，当物体 向左运动时，电容_增__大___；当物体向右运动时，电容_减__小___。
新教材高中物理第5章传感器1认识传感器pptx课件新人教版选择性必修第二册
增大
当油箱中油量减少时，电压表的示数将________
(选填“增大”或“减小”)。
[解析]
由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移
动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR ＝IR可视为UR
与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电
压表示数将增大。
规律方法
传感器问题的分析思路
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
√
)
D
[当P向左运动时，据平行板电容器公式C＝
知d增加，则C变
小，A错误；稳定后电容器两极板间的电压不变，则据Q＝CU知C
减少，U不变，则Q减少，B错误；电容器两极板的电荷量减少，产
生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，D正
红外线
人体向外辐射的______，从而发出使自动门开关启动的命令。这种
红外线传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器
装置就是____________。
3．便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检
测仪就 会显示呼出气体中的酒精浓度 ，这是因为检测仪上 装 有
乙醇传感器
浓度
“__________”，它能感知乙醇的____。
2．传感器的工作原理
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、电流、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输送给控制
系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示：
非电学量 → 敏感元件 → 转换元件 → 转换电路 → 电学量
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测
当油箱中油量减少时，电压表的示数将________
(选填“增大”或“减小”)。
[解析]
由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移
动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR ＝IR可视为UR
与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电
压表示数将增大。
规律方法
传感器问题的分析思路
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
√
)
D
[当P向左运动时，据平行板电容器公式C＝
知d增加，则C变
小，A错误；稳定后电容器两极板间的电压不变，则据Q＝CU知C
减少，U不变，则Q减少，B错误；电容器两极板的电荷量减少，产
生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，D正
红外线
人体向外辐射的______，从而发出使自动门开关启动的命令。这种
红外线传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器
装置就是____________。
3．便携式酒精检测仪：司机对着 “便携式酒精检测仪”呼气，检
测仪就 会显示呼出气体中的酒精浓度 ，这是因为检测仪上 装 有
乙醇传感器
浓度
“__________”，它能感知乙醇的____。
2．传感器的工作原理
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、电流、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输送给控制
系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示：
非电学量 → 敏感元件 → 转换元件 → 转换电路 → 电学量
4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测
高中物理(新人教版)选择性必修2：常见传感器的工作原理及应用【精品课件】
5．实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。 6．注意事项 实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并 同时读出水温。
6、热敏电阻的应用
一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流， 热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变， 阻值较大，指示灯不亮（图甲）。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值 较小，指示灯亮（图乙）。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
电容传感器
五、拓展学习
12、霍尔元件
霍尔元件的应用及原理1—测量磁场的大小
半导体的霍尔效应要强于导体。在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片 上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件（右图下）。在E、F 间 通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N 间 可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系，因 此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度 这个磁学量转换为电压这个电学量。
液位报警示意图
三、电阻应变片—力传感器
7、电阻应变片的工作原理
电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，电阻与导体的材料、 长度和横截面积有关。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。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，称为金属的电阻应 变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
当堂小练
例 1 、 (多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况。如图
6、热敏电阻的应用
一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流， 热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变， 阻值较大，指示灯不亮（图甲）。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值 较小，指示灯亮（图乙）。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
电容传感器
五、拓展学习
12、霍尔元件
霍尔元件的应用及原理1—测量磁场的大小
半导体的霍尔效应要强于导体。在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片 上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件（右图下）。在E、F 间 通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N 间 可出现霍尔电压UH。通过分析可知，霍尔电压UH与磁感应强度B有线性关系，因 此利用霍尔元件可以测量磁感应强度的大小和方向。霍尔元件能够把磁感应强度 这个磁学量转换为电压这个电学量。
液位报警示意图
三、电阻应变片—力传感器
7、电阻应变片的工作原理
电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，电阻与导体的材料、 长度和横截面积有关。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。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，称为金属的电阻应 变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
当堂小练
例 1 、 (多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况。如图
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(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．
加速度传感器如图甲所示．较重的滑块2可以在光滑的框 架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑 片，它与滑动变阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成 正比．工作时将框架固定在被测物体上，使弹簧及滑动变阻器 R均与物体的运动方向平行．当被测物体加速运动时，滑块将 在弹簧的作用下，以同样的加速度运动．通过电路中电压表的 读数，可以得知加速度的大小．电压表为指针式直流电压表(可 视为理想电压表)．
第四章
传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
01课前自主学习 03课堂效果检测
02课堂考点演练 课时作业
1．传感器工作的一般模式
声控电灯开关是如何工作的？
提示：话筒作为声音传感器，把声音转化为电信号，集成电路 把电信号放大，使继电器工作，完成对电灯开关的控制．
2．力传感器的应用——电子秤 (1)力传感器的构造：它是由 金属梁和应变片组成，应变片 是一种敏感元件，多用 半导体材料 制成．
解答本题的关键是掌握以下两点： (1)物体放在托盘上，物体和托盘重力的大小与弹簧的弹力 大小相等，故弹簧的形变量可由胡克定律求出； (2)电阻AB间的电流保持恒定，两滑动头间的电压与两触 点间的距离成正比，而两触点间的距离与弹簧的形变量相等．
【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 均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比．
(1)求托盘上未放置物体时，在托盘自身重力作用下，P1与 A端的距离x1；
(2)求托盘上放置质量为m的物体时，P1与A端的距离x2； (3)在托盘上未放置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．
(1)由力的平衡知识得m0g＝kx1，解得x1＝mk0g. (2)放上物体m重新平衡后，有m0g＋mg＝kx2， 解得x2＝m＋km0g.
(3)由闭合电路欧姆定律得 U＝IR串(R串为P1、P2间的电阻，I为通过滑线电阻的电流)， 又E＝IR，因而有UE＝RR串＝Lx(x为P1、P2间的距离)， 则x＝x2－x1＝mkg，联立解得m＝kgLEU.
【例1】 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，总阻值为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．弹簧处于原长时，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.
【答案】 (1)mk0g (2)m＋km0g (3)m＝kgLEU
【点评】 力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流 的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值 大小，可以得知外力的大小．力传感器的种类繁多，在具体应 用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算．
总结提能 物理传感器是将所感受到的物理量(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.对应变片的认识 应变片一般是用半导体材料制成的，当应变片的表面被拉 伸时，其电阻变大，当它的表面被压缩时，其电阻变小．作用 在应变式力传感器上的力越大，它输出的电压差值越大．
2．认识电容式力传感器 下图是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动 膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变 化，这样就可以知道F的变化情况．
5．光传感器的应用——火灾报警器 烟雾式火灾报警器的结构如图，烟雾上升，到达天花板底 下，烟感报警器通过烟发现火灾，所以烟雾式火灾报警器安装 在 天花板 上．
有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔 的罩子内装有 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．
(2)力传感器的工作原理如图所示：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 ．因此可得，外力越 大，得出的电压差值也就越 大 ．
(3)应变片能够把 物体形变 这个力学量转换成 电压 这个电学量．
3．温度传感器的应用——电熨斗 (1)电熨斗的构造(如图所示)：
(2)双金属片温度传感器的作用是 控制电路通断 ，双金属 片上层金属的膨胀系数大于下层金属．
4．温度传感器的应用——电饭锅 电饭锅中的温度传感器主要元件是 感温铁氧体 ，它具有 这样的性质：常温下具有 铁磁性 ，能被磁体吸引，当温度上 升到约103 ℃时，就失去 铁磁性 ，不能被磁体吸引，因此 103 ℃这个临界温度直接决定了开关的动作．
用电饭锅烧水，水开后能否自动断电？
提示：不能，因为水沸腾后水温保持100℃不变，没有达到 居里点，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃ 才能自动断电．
பைடு நூலகம்点一 力传感器的应用
1．应变式力传感器的构造 如图所示，应变式力传感器由金属架和应变片组成．其中， 应变片是一种敏感元件．
2．应变式力传感器的工作原理 如上图所示，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，则上表 面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．因 此可得，力F越大，输出的电压差值就越大． 3．应变式力传感器的作用 应变式力传感器能够把压力这个力学量转换成电压这个电 学量．
加速度传感器如图甲所示．较重的滑块2可以在光滑的框 架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑 片，它与滑动变阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成 正比．工作时将框架固定在被测物体上，使弹簧及滑动变阻器 R均与物体的运动方向平行．当被测物体加速运动时，滑块将 在弹簧的作用下，以同样的加速度运动．通过电路中电压表的 读数，可以得知加速度的大小．电压表为指针式直流电压表(可 视为理想电压表)．
第四章
传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
01课前自主学习 03课堂效果检测
02课堂考点演练 课时作业
1．传感器工作的一般模式
声控电灯开关是如何工作的？
提示：话筒作为声音传感器，把声音转化为电信号，集成电路 把电信号放大，使继电器工作，完成对电灯开关的控制．
2．力传感器的应用——电子秤 (1)力传感器的构造：它是由 金属梁和应变片组成，应变片 是一种敏感元件，多用 半导体材料 制成．
解答本题的关键是掌握以下两点： (1)物体放在托盘上，物体和托盘重力的大小与弹簧的弹力 大小相等，故弹簧的形变量可由胡克定律求出； (2)电阻AB间的电流保持恒定，两滑动头间的电压与两触 点间的距离成正比，而两触点间的距离与弹簧的形变量相等．
【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 均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比．
(1)求托盘上未放置物体时，在托盘自身重力作用下，P1与 A端的距离x1；
(2)求托盘上放置质量为m的物体时，P1与A端的距离x2； (3)在托盘上未放置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．
(1)由力的平衡知识得m0g＝kx1，解得x1＝mk0g. (2)放上物体m重新平衡后，有m0g＋mg＝kx2， 解得x2＝m＋km0g.
(3)由闭合电路欧姆定律得 U＝IR串(R串为P1、P2间的电阻，I为通过滑线电阻的电流)， 又E＝IR，因而有UE＝RR串＝Lx(x为P1、P2间的距离)， 则x＝x2－x1＝mkg，联立解得m＝kgLEU.
【例1】 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，总阻值为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．弹簧处于原长时，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.
【答案】 (1)mk0g (2)m＋km0g (3)m＝kgLEU
【点评】 力传感器能够把物体的形变转换为电压或电流 的变化，外力越大，电压或电流的变化就越大，由变化的差值 大小，可以得知外力的大小．力传感器的种类繁多，在具体应 用中，应能依据其特性，综合利用其他知识进行分析与计算．
总结提能 物理传感器是将所感受到的物理量(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.对应变片的认识 应变片一般是用半导体材料制成的，当应变片的表面被拉 伸时，其电阻变大，当它的表面被压缩时，其电阻变小．作用 在应变式力传感器上的力越大，它输出的电压差值越大．
2．认识电容式力传感器 下图是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动 膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变 化，这样就可以知道F的变化情况．
5．光传感器的应用——火灾报警器 烟雾式火灾报警器的结构如图，烟雾上升，到达天花板底 下，烟感报警器通过烟发现火灾，所以烟雾式火灾报警器安装 在 天花板 上．
有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔 的罩子内装有 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．
(2)力传感器的工作原理如图所示：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 ．因此可得，外力越 大，得出的电压差值也就越 大 ．
(3)应变片能够把 物体形变 这个力学量转换成 电压 这个电学量．
3．温度传感器的应用——电熨斗 (1)电熨斗的构造(如图所示)：
(2)双金属片温度传感器的作用是 控制电路通断 ，双金属 片上层金属的膨胀系数大于下层金属．
4．温度传感器的应用——电饭锅 电饭锅中的温度传感器主要元件是 感温铁氧体 ，它具有 这样的性质：常温下具有 铁磁性 ，能被磁体吸引，当温度上 升到约103 ℃时，就失去 铁磁性 ，不能被磁体吸引，因此 103 ℃这个临界温度直接决定了开关的动作．
用电饭锅烧水，水开后能否自动断电？
提示：不能，因为水沸腾后水温保持100℃不变，没有达到 居里点，故不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃ 才能自动断电．
பைடு நூலகம்点一 力传感器的应用
1．应变式力传感器的构造 如图所示，应变式力传感器由金属架和应变片组成．其中， 应变片是一种敏感元件．
2．应变式力传感器的工作原理 如上图所示，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，则上表 面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小．因 此可得，力F越大，输出的电压差值就越大． 3．应变式力传感器的作用 应变式力传感器能够把压力这个力学量转换成电压这个电 学量．