1、3.1 认识传感器 学案（粤教版选修 3-2） 1国家标准(GB766587)给出的传感器定义是：能感受规定的被测量，并按照一定 的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由_、_和 _组成 2传感器是一种_ _装置，能 感受到被测量的_ ，并能将检测感受到的 信息按一定规律变换成为_或其他所需形式的信息输出，以满足信息的_、 处理、_、显示、记录和_等要求 3传感器可按下列三种不同的方法进行分类：(1)按_ 分类；(2) 按 _分类；(3)按_分类 4为解决楼道的照明问题，在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路相接当楼道 内有走动且发出声响时，电灯即被电源接通而发光，这种传感器为_传感器，它输
2、入的是_信号，经传感器转换后，输出的是_信号 5 (双选) 下述仪器或装置用到传感器的有( ) A自动报警器 B天平 C电视遥控器 D秒表 6(双选) 传感器是一种采集信息的重要器件，如图 1 所示是一种测定压力的电容式传 感器，当待测压力 F 作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将 电容器、灵敏 电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是( ) 图 1 A若 F 向上压膜片电极时，电容将减小 B若电流计有示数，则压力 F 发生变化 C若电流计有向右的电流通过，则压力 F 在增大 D电流计有向右的电流通过，则压力 F 在减小 7在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不
3、停地开关，这是由于在电梯门上装有的 传感器是( ) A光传感器 B温度传感器 C声传感器 D压力传感器 【概念规律练】 知识点一 电容式话筒的工作原理 1(双选) 电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图 2 所示Q 是绝缘支 架，薄金属膜 M 和固定电极 N 形成一个电容器，被直流电流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当膜片向右运动的过程中，有( ) 图 2 A电容变大 B电容变小 C导线 AB 中有向左的电流 D导线 AB 中有向右的电流 2(双选) 如图 3 所示，电容式话筒右侧固定不动的金属板 b 与能在声波驱动下沿声源 水平方向振动的镀有金属层的振
4、动膜 a 构成一个电容器，a、b 分别通过导线与恒定电源两 极相接声源 S 做位移为 xAsin 2 000t 的振动，则有( ) 图 3 Aa 振动过程中 a、b 板之间的电 场强度不变 B导线中的电流的频率为 2 000 Hz C导线中的电流的频率为 1 000 Hz Da 向右位移最大时，a、b 板形成的电容最大 知识点二 霍尔元件 3如图 4 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？ 图 4 4图 5 是霍尔元件的工作原理示意图，如
5、果用 d 表示薄片的厚度，k 为霍尔系数，对 于一个霍尔元件 d、k 为定值，如果保持 I 恒定，则可以验证 UH 随 B 的变化情况以下说 法不正确的是(工作面是指较大的平面 )( ) 图 5 A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面， UH 将变大 B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角， UH 将发生变化 【方法技巧练】 传感器电路的分析技巧 5动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图 6 甲所示是话筒原理图，图乙 所示是录音机的录音、放音原理图，由图可知 图 6
6、话筒工作时磁铁不动，线圈移动而产生感应电流 录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流 录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 录音机录音时线圈中变化的电 流在磁头缝隙处产生变化的磁场 其中正确的是( ) A B C D 6如图 7 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、P 2 两个滑动头，P 1 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，P 1 刚好指着 A 端，P 1 与托盘固定相连，若 P1、P 2 间出现电压，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
7、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： 图 7 (1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P 1 离 A 的距离 x1； (2)托盘上放有质量为 m 的物体时， P1 离 A 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 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、P 2 间的电压 U 之间的函数关系式 参考答案 课前预习练 1敏感元件 转换元件 转换电路 2检测 信息 电信号 传输 存储
8、 控制 3被测量 工作原理 能量传递方式 4声电 声 电 5AC 6.BC 7D 当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感 器 课堂探究练 1AC 由电容器的电容公式 C 可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极 rS4kd 间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导 线 AB 中有向左的电流 2CD a 振动过程中，a、b 间距变化，由平行板电容器公式可知电容 C 变化，且 a 向右位移最大时，a、b 板电容最大，则 A 错，D 对；振动过程中，电容器不断地充放电， 导线中电流频率与 a 的振动频率一致，C 正确，B 错 点评 电容
9、式话筒的薄金属膜和固定电极形成一个电容器，被充电后，声波使膜振动， 电容变化，形成变化的电流 3下表面电势高 IBned 解析 因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下 表面带多余等量的正电荷，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 e evB，又因为导体中的电流 I neSvnevbd，故 U . Ub IBned 点评 当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作用下，分别向导体上、下表面 聚集，在导体中形成电场，其中上表面带负电，电势低，随着正、负电荷不断向下、上表 面积累，电场增强，当运动电荷(Q)所受电场力与洛伦兹力平
10、衡时，即 QEQvB 时，电荷 将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压 4C 根据公式 UHk 可以看出，当磁极靠近霍尔元件的工作面时，B 增大，U H IBd 将变大，选项 A 正确；在地球两极附近，可以认为地磁场与水平面垂直，霍尔元件的工作 面保持水平，选项 B 正确；而在赤道上，地磁场与水平面平行若霍尔元件的工作面保持 水平，则无电压产生，选项 C 不正确；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，相当于改变 了霍尔系数 k，U H将发生变化，选项 D 正确；故 选 C. 点评 霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，电压与磁感应强度 的关系式为 UHk . IBd 5C 话
11、筒的工作原理是，声波迫使金属线 圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电 流，正确；录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变 化的磁场，正确；磁带在放音时通过变化的磁场使放音头产生感应电流，经放大电路后 再送到扬声器中，正确 6(1) (2) (3)m U m0gk m m0gk kLgE 解析 托盘的移动带动 P1 移动，使 P1、P 2 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 为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比 (1)由力的平衡知识知 m0gkx 1，解得 x1 m0gk (2)放上重物重新平衡后 m0gmgkx 2 解得 x2 m m0
12、gk (3)由闭合电路欧姆定律知 EIR， 由部分电路欧姆定律知 UIR 串 ， 由 ，其中 x 为 P1、P 2 间的距离，则 xx 2x 1 R串R xL mgk 联立解得 m U kLgE 方法总结 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 (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 (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
