3. 传感器的应用（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

第3节 传感器的应用 1.物理观念：建立物理学的科学技术转化为社会生产力的物理观念。 2.科学思维：学习把非电学量转换为电学量的转换思维方法。 3.科学探究：查阅文献，了解手机上有哪些传感器。 4.科学态度与责任：体会传感器在日常生活、高科技领域的广泛使用和重要性，激发学生的创新意识和学习兴趣。 1.了解传感器在轨道交通、无人驾驶、手机等各行各业的广泛应用(重点)。 2.知道各种传感器的综合应用(难点)。 【知识回顾】 第2节 常见传感器的工作原理 1.磁传感器测磁感应强度的原理 构成：由 材料构成。 原理：当自由电荷所受 和 平衡时，A、A'间的电势差(U)保持稳定，由qvB＝q，I＝nqSv，S＝hd，联立得B＝。令k＝，则B＝。其中k为比例系数,称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关;一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则U的变化就与B成正比。 2.温度传感器的测温原理 构成：由 电阻构成。 原理：将热敏电阻接在稳压电源两端，测量通过电阻的电流，即可计算阻值，从而推得温度。 种类：热敏电阻包括 温度系数（PTC）、 温度系数（NTC）和临界温度电阻（CTR）。 3.力传感器的测力原理 构成：由 和 构成。 原理：将力信号转变为电信号输出。 种类：应变管式力传感器、 力传感器、组合式应变压力传感器。 4.气敏传感器测气体浓度的原理 构成：由 传感器构成。 原理：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为 。 种类： 传感器、气体传感器。 5.用压电陶瓷片制作传感器的原理 构成：由 构成。 原理：根据 效应制成。 【自主预习】 第3节 传感器的应用 1. 传感技术在轨道交通领域的应用 应用场景：列车运行状态 、钢轨探伤、轨道远程监测、环境综合检测 核心作用：状态监视、 报警、车载设备控制 2. 传感技术在汽车上的应用 典型传感器： 传感器、轮速传感器、氧传感器等 关键作用：替代传统操控，支撑自主操控、识别 信息，辅助行车判断、上传路况数据，支撑定位与速度决策 3. 传感技术在手机里的应用 光线传感器：自动调节屏幕亮度 传感器：屏幕旋转、摇一摇功能 陀螺仪：AR姿态检测 思考与讨论 一、传感技术在轨道交通领域的应用 传感器在轨道交通领域的应用，为列车带来了哪些方面的提升？ 二、传感技术在汽车上的应用 传感器在无人驾驶汽车行驶过程中起到了哪些关键作用？ 三、传感技术在手机里的应用智能手机里还有哪些传感器？你用过手机里的哪些传感器？ 课堂小结： 1.电子眼系统通过埋设在停止线下方的压电薄膜传感器来判断汽车的通过，当压电薄膜受到汽车压力时，薄膜两端产生电压，压力越大电压越大．图甲所示为压电薄膜与电容器、电阻组成的回路，取顺时针方向的电流为正值．红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过压电薄膜上方，回路中产生如图乙所示的两脉冲电流，即视为“闯红灯”，电子眼即拍照记录，则(　　) A．时间内电容器正在充电 B．时间内电容器上极板带负电 C．车轮停在压电薄膜上时，电容器电压为0 D．红灯亮时汽车前轮刚越过停止线后，又退回到线内，仍会被电子眼拍照 2.如图所示为某汽车上的加速度电容传感器的俯视图。质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，电容器与供电电源连接，并串联计算机的信号采集器。下列关于该传感器的说法正确的是(　　) A．在汽车向左匀速直线运动过程中电路中有电流 B．在汽车向右匀加速直线运动过程中电路中有电流 C．在汽车向左匀加速直线运动过程中，电路中有顺时针方向电流 D．在汽车向右做加速度增大的加速运动过程中，电路中有顺时针方向的充电电流 3.微信运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的，如图所示为传感器的原理图，M为固定极板，N为可动极板。当手机的加速度变化时，N极板会按图中标识的“前后”方向运动，从而改变电容器的电容。若手机向前加速，下列说法正确的是(　　) A．加速度不变时，MN之间电场强度为零 B．加速度不变时，电流由b向a流过电流表 C．加速度增大时，电流由b向a流过电流表 D．加速度减小时，电流由b向a流过电流表 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 传感器的应用 1.物理观念：建立物理学的科学技术转化为社会生产力的物理观念。 2.科学思维：学习把非电学量转换为电学量的转换思维方法。 3.科学探究：查阅文献，了解手机上有哪些传感器。 4.科学态度与责任：体会传感器在日常生活、高科技领域的广泛使用和重要性，激发学生的创新意识和学习兴趣。 1.了解传感器在轨道交通、无人驾驶、手机等各行各业的广泛应用(重点)。 2.知道各种传感器的综合应用(难点)。 【知识回顾】 第2节 常见传感器的工作原理 1.磁传感器测磁感应强度的原理 构成：由半导体材料构成。 原理：当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A'间的电势差(U)保持稳定，由qvB＝q，I＝nqSv，S＝hd，联立得B＝。令k＝，则B＝。其中k为比例系数,称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关;一个霍尔元件的d、k为定值,再保持I恒定,则U的变化就与B成正比。 2.温度传感器的测温原理 构成：由热敏电阻构成。 原理：将热敏电阻接在稳压电源两端，测量通过电阻的电流，即可计算阻值，从而推得温度。 种类：热敏电阻包括正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）和临界温度电阻（CTR）。 3.力传感器的测力原理 构成：由悬臂梁和应变片构成。 原理：将力信号转变为电信号输出。 种类：应变管式力传感器、膜片式力传感器、组合式应变压力传感器。 4.气敏传感器测气体浓度的原理 构成：由气敏传感器构成。 原理：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。 种类：离子传感器、气体传感器。 5.用压电陶瓷片制作传感器的原理 构成：由压电陶瓷片构成。 原理：根据压电效应制成。 【自主预习】 第3节 传感器的应用 1. 传感技术在轨道交通领域的应用 应用场景：列车运行状态收集、钢轨探伤、轨道远程监测、环境综合检测 核心作用：状态监视、故障报警、车载设备控制 2. 传感技术在汽车上的应用 典型传感器：加速度传感器、轮速传感器、氧传感器等 关键作用：替代传统操控，支撑自主操控、识别交通信息，辅助行车判断、上传路况数据，支撑定位与速度决策 3. 传感技术在手机里的应用 光线传感器：自动调节屏幕亮度 加速度传感器：屏幕旋转、摇一摇功能 陀螺仪：AR姿态检测 思考与讨论 一、传感技术在轨道交通领域的应用 传感器在轨道交通领域的应用，为列车带来了哪些方面的提升？ 答案 实现列车运行状态、钢轨、轨道状态、列车内外环境的全面检测与信息收集，完成状态监视、故障报警、车载设备控制等核心功能。 二、传感技术在汽车上的应用 传感器在无人驾驶汽车行驶过程中起到了哪些关键作用？ 答案 ①替代传统操控配件，支撑无人自主操控；②辅助识别交通指示牌和行车信息；③上传路况信息，为实时定位分析、判断行驶方向与速度提供数据支撑。 三、传感技术在手机里的应用 智能手机里还有哪些传感器？你用过手机里的哪些传感器？ 答案 除视频中提到的传感器以外，还有指纹传感器、霍尔传感器、检测磁吸翻盖皮套、超声传感器 / 触控传感器、麦克风阵列传感器。 常用到传感器有:加速度传感器(你摇一摇、翻转手机，系统会告诉我)、陀螺仪（AR 功能里我需要它的姿态数据）、光线传感器（帮我知道你在暗处还是亮处，调节界面显示。）、麦克风（你说话我能听见，就是靠它。）、触控传感器（你点哪里、划哪里，我才能收到指令。） 课堂小结： 1.电子眼系统通过埋设在停止线下方的压电薄膜传感器来判断汽车的通过，当压电薄膜受到汽车压力时，薄膜两端产生电压，压力越大电压越大．图甲所示为压电薄膜与电容器、电阻组成的回路，取顺时针方向的电流为正值．红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过压电薄膜上方，回路中产生如图乙所示的两脉冲电流，即视为“闯红灯”，电子眼即拍照记录，则(　　) A．时间内电容器正在充电 B．时间内电容器上极板带负电 C．车轮停在压电薄膜上时，电容器电压为0 D．红灯亮时汽车前轮刚越过停止线后，又退回到线内，仍会被电子眼拍照 答案　AD 解析　AB.由乙图可知，t1~t2时间内电流增大，是因为压电膜受到汽车压力，压力增大，电压增大，所以电容器正在充电。因为取顺时针方向的电流为正值，t1~t2时间内电流为正，所以电容器上极板带正电，故A正确，B错误；C.车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，且不为0，故C错误；D.若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照；故D正确。故选AD。 2.如图所示为某汽车上的加速度电容传感器的俯视图。质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，电容器与供电电源连接，并串联计算机的信号采集器。下列关于该传感器的说法正确的是(　　) A．在汽车向左匀速直线运动过程中电路中有电流 B．在汽车向右匀加速直线运动过程中电路中有电流 C．在汽车向左匀加速直线运动过程中，电路中有顺时针方向电流 D．在汽车向右做加速度增大的加速运动过程中，电路中有顺时针方向的充电电流 答案　D 解析　A．汽车向左匀速直线运动过程中，加速度为零，弹簧处于原长状态，弹力为零，即电介质插入极板间的深度一定，则极板间的电介常数一定，根据平行板电容器的决定式可知电容一定，根据电容器与电源相连，极板间的电压恒定，极板所带的电荷量恒定，即电路中没有电流，故A错误；BC．汽车向右匀加速直线运动过程中或汽车向左匀加速直线运动过程中，加速度均保持不变，电介质插入极板间的深度一定，则极板间的电介常数一定，根据A中分析可知电路中没有电流，故BC错误； 3.微信运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的，如图所示为传感器的原理图，M为固定极板，N为可动极板。当手机的加速度变化时，N极板会按图中标识的“前后”方向运动，从而改变电容器的电容。若手机向前加速，下列说法正确的是(　　) A．加速度不变时，MN之间电场强度为零 B．加速度不变时，电流由b向a流过电流表 C．加速度增大时，电流由b向a流过电流表 D．加速度减小时，电流由b向a流过电流表 答案　D 解析　AB．手机向前加速，则弹簧处于压缩状态，极板N向后移动，加速度不变时，弹簧的压缩状态不变，两板间距离不变，则电容器的电容不发生变化，电容器带电荷量不变，所以电容器既不充电，也不放电，电路中没有电流经过电流表，但两极板之间的电压不为零，等于电源电压，所以MN之间电场强度不为零，故AB错误；C．加速度增大时，弹簧的压缩量逐渐增大，极板N逐渐向后移动，MN之间的距离变大，根据可知，电容变小，根据Q=CU可知，极板带电量减小，所以电容器放电，通过电流表的电流方向是从a到b，故C错误；D．加速度减小时，弹簧的压缩量逐渐减小，极板N逐渐向前移动，MN之间的距离变小，根据可知，电容变大，根据Q=CU可知，极板带电量增加，所以电容器充电，通过电流表的电流方向是从b到a，故D正确。故选D。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $