第五章 传感器 讲义-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

§传感器 一．知识解码 一．传感器的定义 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如： 非电学量——敏感元件——转换元件——转换电路——电学量 敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。 转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。 转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、频率等。 二：常见传感器 1.力学传感器 力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。 ２.热传感器 热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。 ３.光传感器 光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。如果是光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。 　　　　　　　　　　二． 题型解码 题型一：力学传感器的应用 对应解码套路： 例1 :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、后壁上各安装一个有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㎏的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上其压力大小可以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,a在后.汽车静止时, 传感器a、b的示数均为10N（取g=10m／s2）（１）若传感器a示数为14N，b的示数为6.0N,求此时汽车的加速度和方向?（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＝６.０Ｎ，滑块所受合力产生加速度ａ１，由牛顿第二定律得：Ｆ１－Ｆ２＝ｍａ１，所以ａ１＝４ｍ／ｓ２。同方向，（向右） (2) 传感器a的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力F11=0,所以右测弹簧的弹力变为F21=20N,由牛顿第二定律有:F21=ma2,所以 a2=10m/s2.方向向左. 课后提升训练： 1．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，则下列说法正确的是 （ ） 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 ２.为了测量列车运行的速度和加速度的大小，可采用如图所示的装置，它是由一块安装在列车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量仪组成的（测量仪未画出）。当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车在各位置的速度和加速度。假设磁体端部磁感强度为B=0.004T，且全部集中在端面范围内，与端面垂直，磁体宽度与线圈宽度相同，且都很小，线圈匝数n=5，长L=0.2m，电阻0.4Ω（包括引线电阻），测试记录下来的电流—位移如图所示。试求： ⑴在离O（原点）30m，130m处列车的速度v1和v2的大小。 ⑵假设列车是匀变速运动，求列车加速度的大小。 ３．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图6－11所示，当系统OO１转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为Ｌo，电源电动势为Ｅ，内阻不计．滑动变阻器总长为Ｌ，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头Ｐ在中点，与固定接头Ｑ正对，当系统以角速度ω转动时，求： （1） 弹簧形变量ｘ与ω的关系式； （2）电压表的示数Ｕ与角速度ω的函数关系． ４．如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水