8.3 跨学科实践 传感技术（讲义）物理新教材教科版九年级上册

本初中物理讲义聚焦电磁相互作用中的传感技术，系统梳理动圈式话筒（电磁感应，机械能→电能）和扬声器（磁场对通电导体有力的作用，电能→机械能）的工作原理及能量转化，进而延伸至传感器的定义、作用及生活应用，构建从原理到实践的学习支架。 该资料通过对比区分话筒与扬声器原理突破重难点，含思维导图辅助知识梳理，结合随学随练及基础通关、素养提升、迁移创新分层练习，强化物理观念（能量转化、相互作用）和科学思维（模型建构），融入声控灯、电子秤等生活实例培养科学态度与责任。课中辅助教师清晰授课，课后助力学生查漏补缺，提升应用能力。

第八章 电磁相互作用 第3节 跨学科实践 传感技术 课标要点 1. 掌握动圈式话筒、扬声器的工作原理与能量转化。 2. 认识常见传感器，了解传感器在生活中的应用。 学习重难点 重点：区分动圈式话筒和扬声器的原理。 难点：分析简单传感器自动控制电路的工作过程。 知识点 话筒（重点） 1. 类型：动圈式话筒 2. 工作原理：电磁感应现象 3. 信号转化：声信息 → 电信息 4. 能量转化：机械能 → 电能 5. 工作过程：声音带动膜片振动，和膜片相连的线圈跟着一起振动，线圈在永磁体的磁场里做切割磁感线运动，产生变化的电流，把声音信息转化成电信息。 随学随练 1．如图是动圈式话筒内部结构。对着话筒说话时，声带________发出声音，使膜片带动线圈做切割磁感线运动，产生的_______进入扩音机，通过扬声器还原成声音，此时改变了声音的________（选填“音调”或“响度”）。线圈做切割磁感线运动的过程中，将_______能转化为电能。 【答案】 振动 感应电流 响度 机械 【详解】[1][2][3][4]声音是由物体振动产生的，对着话筒说话时，声带振动发出声音，使膜片带动线圈做切割磁感线运动，产生的感应电流进入扩音机，将声音放大，改变了声音的响度。线圈在磁场中做切割磁感线运动时，闭合的回路中有感应电流产生，是发电机的工作原理，该过程中将机械能转化为电能。 知识点 扬声器（重点） 1. 工作原理：磁场对通电导体有力的作用 2. 信号转化：电信息 → 声信息 3. 能量转化：电能 → 机械能 4. 工作过程：变化的电流通入线圈，线圈在永磁体磁场中受到力的作用来回振动，带动纸盆振动发声，将电信息转化为声信息。 随学随练 1．如图是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜___________（选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于______对通电线圈有力的作用。 【答案】 左右往复 磁场 【详解】[1][2]当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，因为音圈电流方向改变，音圈在磁场中受力的方向改变，音圈带动音膜左右往复运动；音圈之所以运动，是由于磁场对通电导体有力的作用。 知识点 传感器 1. 定义：能把声、光、力、热等信息转化成电信息的器件。 2. 作用：实现自动检测、自动控制。 3. 生活实例 声控灯：声音信息→电信息 自动干手器：光信息→电信息 电子体重计：力信息→电信息 汽车自动雨刷器：湿度信息→电信息 随学随练 1．下列说法中正确的是（    ） 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．听筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号 C．电子秤所使用的测力装置是力传感器 D．把电信息转换成其他信息的器件叫传感器 【答案】C 【详解】A. 话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号．故A错．B. 听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，故B错误；C. 电子秤所使用的测力装置是力传感器，传感器输出的电压表示力F的大小，压力越大电子秤示数越大，也就是输出的电压越大．故C正确．D. 传感器作为一种将其它形式的信号转换成电信号的装置，故D错误．故选C. 【点睛】传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，在我们的日常生活中得到了广泛应用，不同传感器所转换的信号对象不同，我们应就它的具体原理进行分析． 基础通关 1．如图是动圈式话筒的构造示意图，当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生的电流经放大后通过扬声器还原成声音。以下关于该动圈式话筒的分析正确的是（    ） A．声音的音调对膜片振幅有影响 B．线圈中的电流方向是不断变化的 C．话筒工作时将电能转化为机械能 D．话筒与电磁继电器的工作原理相同 【答案】B 【详解】A．声音的响度决定膜片的振幅，而音调是由频率决定的，与膜片振幅无关，故A错误； B．当声波使膜片振动时，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在磁场里振动，其中就产生感应电流。由于声波是不断变化的，所以线圈切割磁感线的方向不断变化，感应电流的方向也不断变化，故B正确； C．话筒工作时是将机械能（膜片和线圈的振动）转化为电能，故C错误； D．动圈式话筒是利用电磁感应原理工作的，而电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，二者工作原理不同，故D错误。 故选 B。 2．如图是一种佩戴在手腕上的“计步器”，其内部的基本构造是在一段塑料管中密封一小块磁体，管外绕着线圈。走路时，磁体在管中往复运动，线圈输出不断变化的电流，实现计步。下列选项中与“计步器”产生电流的原理相同的是（　　） A．动圈式话筒 B．扬声器 C．电磁铁 D．电动机 【答案】A 【详解】A．根据题干描述线圈中产生了感应电流，故计步器的原理是电磁感应现象，动圈式话筒工作原理是电磁感应现象，故A符合题意； B．扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用，故B不符合题意； C．电磁铁的工作原理是通电导体周围存在磁场，故C不符合题意； D．电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用，故D不符合题意。 故选A。 3．学习科学知识的价值之一，是将所学知识创造性地服务于社会。如“通电导线在磁场中受到力的作用”就有许多实际应用。下列发明成果应用了这一知识的是（　　） A．发电机 B．动圈式话筒 C．电磁继电器 D．电动机 【答案】D 【详解】A．发电机原理是电磁感应，故A不符合题意； B．动圈式话筒原理是电磁感应，故B不符合题意； C．电磁继电器是电流的磁效应，故C不符合题意； D．电动机的工作原理是通电导线在磁场中受到力的作用，故D符合题意。 故选D。 4．如图示的四个装置中，工作原理与发电机相同的是（　　） A．司南 B．话筒 C．扬声器 D．电磁起重机 【答案】B 【详解】发电机的原理是电磁感应。 A．司南是一种磁体，地球上存在地磁场，受到地磁场的影响，司南具有指南北的性质，它的原理是磁极间的相互作用规律，不是电磁感应，与发电机不同，故A不符合题意； B．话筒是当人对着它说话时，话筒中的线圈，在磁场中做切割磁感线运动，从而产生大小不同的电流，这是电磁感应现象，与发电机相同，故B符合题意； C．扬声器把电信号转化为声信号，里面通有电流，利用的是通电导体在磁场中受到力的作用原理，不是电磁感应，与发电机不同，故C不符合题意； D．电磁起重机，通上电时，具有磁性，能吸引重物，是利用电磁铁工作的，其原理是电流的磁效应，不是电磁感应，与发电机不同，故D不符合题意。 故选B。 5．如图所示为某种扬声器的原理图，AB间连接一导线，导线置于磁极之间，导线中间固定一薄膜片。当AB间通有方向不断变化的电流时，薄膜片振动发声。这种扬声器的工作原理是__________。 【答案】通电导体在磁场中受力的作用 【详解】导线置于磁体的磁场中，当导线AB通入方向不断变化的电流时，通电导线会在磁场中受到力的作用，电流方向变化时，导线受力的方向也会随之改变，从而带动固定在导线中间的薄膜片来回振动，振动的薄膜片推动空气形成声波，最终实现发声。 6．下图是一种动圈式扬声器的内部结构示意图。当线圈中有电流通过时，通电线圈在______中受到力的作用而运动；由于通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈就不断来回运动，带动纸盆振动发声。若将线圈两端连接干电池，则该扬声器______（选填“会”或“不会”）持续发声。 【答案】 磁场 不会 【详解】[1]由图知线圈安装在永磁体的磁场中，当线圈中有电流通过时，通电线圈在磁场中受到力的作用，因而运动。 [2]要使扬声器持续发声，应该使通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈才能不断来回运动，带动纸盆振动。若将线圈两端连接干电池，线圈只能单方向运动，故该扬声器不会持续发声。 7．根据通电线圈在磁场中________转动的现象可以制成电动机。如图所示，若将磁铁的N、S极对调，同时改变导体ab切割磁感线的方向，则电流表指针的摆动方向________（选填“改变”或“不变”）；扬声器工作原理与________（选填“电动机”或“发电机”）的原理相同。 【答案】 受力 不变 电动机 【详解】[1]通电线圈在磁场中会受力转动，将电能转化成机械能，根据这一现象可以制成了电动机。 [2]改变磁场方向或改变导体的运动方向，可以改变感应电流的方向，但若二者都改变，感应电流方向不变。将磁铁的N、S极对调，磁场方向改变，同时改变导体ab切割磁感线的方向，则感应电流方向不变，所以电流表指针的摆动方向不变。 [3]扬声器工作原理：通电导体在磁场中受力运动，与电动机原理相同。 素养提升 1．如图所示，这是手机无线充电的原理图。当交变电流通过底座中的送电线圈时，会产生变化的磁场，手机中的受电线圈靠近变化的磁场，就会产生电流给手机供电。下列设备中工作原理与受电线圈类似的是（     ） A．电热毯 B．动圈式话筒 C．电灯泡 D．电热水壶 【答案】B 【详解】无线充电原理是：送电线圈中的交变电流产生一个变化的磁场，这个变化的磁场穿过手机中的受电线圈，使得受电线圈中产生感应电流。这个过程是典型的电磁感应现象，即“磁生电”。 A．电热毯的工作原理是电流通过电阻丝时产生热量，这是电流的热效应（焦耳定律），故A不符合题意； B．动圈式话筒的工作原理是声波引起膜片振动，带动线圈在磁场中运动，切割磁感线，从而产生感应电流。这是电磁感应现象，故B符合题意； C．电灯泡（指白炽灯）的工作原理是电流通过灯丝使其发热至白炽状态而发光，主要利用了电流的热效应，故C不符合题意； D．电热水壶的工作原理是电流通过电热丝产生热量来加热水，这也是电流的热效应，故D不符合题意。 故选 B。 2．生产和生活中的电器内部结构非常复杂，“简化”是一种科学方法。关于它们的核心工作原理分析错误的是（　　） A．甲：电动机的工作原理是通电导线在磁场中受力 B．乙：通过其它方式使线圈转动起来，其他形式能量转化为电能 C．丙：扬声器是把声信号转化为电信号的装置 D．丁：动圈式话筒的工作原理是电磁感应 【答案】C 【详解】A．甲是电动机模型，电动机的核心工作原理就是通电导线在磁场中受力运动，故A正确，不符合题意； B．乙是发电机模型，装置无外接电源，外力带动线圈转动，将机械能（其他形式的能）转化为电能，故B正确，不符合题意； C．丙是扬声器，工作时变化的电信号通过线圈，线圈在磁场中受力振动，带动振膜发声，是把电信号转化为声信号的装置，故C错误，符合题意； D．丁是动圈式话筒，声音振动带动线圈切割磁感线产生感应电流，核心工作原理是电磁感应，故D正确，不符合题意。 故选C。 3．如图所示，甲、乙两个相同的装置分别由U形磁铁、导体棒和金属支架构成，导体棒ab和cd放在支架上，支架由导线连接。闭合开关并向右移动ab，cd也会随之向右移动，下列说法正确的是（　　） A．甲装置涉及的物理学原理是由奥斯特发现的 B．乙装置中若对调磁极则cd会向左移动 C．甲装置与动圈式扬声器的原理相同 D．乙装置与动圈式话筒的原理相同 【答案】B 【详解】闭合开关后移动ab，ab在磁场中切割磁感线，产生感应电流，甲装置的原理是电磁感应现象；感应电流通入乙装置的cd，cd通电后在磁场中受力运动，乙装置的原理是通电导体在磁场中受力运动； A.电磁感应现象是法拉第发现的，奥斯特发现的是电流的磁效应，故A错误； B.通电导体受力方向与电流方向、磁场方向都有关；对调乙的磁极后，电流方向不变，磁场方向改变，cd受力方向改变，因此cd会向左移动，故B正确； C.动圈式扬声器的原理是通电导体在磁场中受力运动，和乙装置原理相同，和甲装置电磁感应原理不同，故C错误； D.动圈式话筒的原理是电磁感应，和甲装置原理相同，和乙装置原理不同，故D错误。 故选B。 4．如图所示，用两根橡皮筋悬挂金属棒并置于磁场中；当棒中通上由A到B方向的电流时，金属棒静止且橡皮筋刚好处于松弛状态（导线对金属棒的作用力忽略不计）；若改变金属棒中电流方向，金属棒将________（选填“向上运动”、“向下运动”或“静止”）。________（选填“动圈式话筒”或“动圈式扬声器”）的工作原理与该实验的原理相同。 【答案】 向下运动 动圈式扬声器 【详解】当棒中通上由A到B方向的电流时，橡皮筋松弛，说明此时磁场对金属棒的安培力向上，与重力平衡。通电导体在磁场中受力的方向和电流方向有关，电流方向改变后，安培力方向也反向，变为向下；此时金属棒受到向下的重力和向下的安培力，因此会向下运动。 动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象，动圈式扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，因此和该实验原理相同的是动圈式扬声器。 5．如图所示是动圈式话筒和扬声器的构造示意图。扬声器的线圈振动是因为____________在磁场中受到力的作用，该话筒的工作原理是____________现象。电风扇的工作原理与______（话筒/扬声器）的工作原理相同。 【答案】 通电线圈 电磁感应 扬声器 【详解】扬声器工作时，带有声音信号的交变电流通过线圈，通电线圈在永久磁体的磁场中受到力的作用而产生振动，进而带动纸盆振动发声。 动圈式话筒工作时，声波使膜片振动，带动线圈在永久磁体的磁场中做切割磁感线运动，从而产生感应电流，这种现象属于电磁感应。 电风扇的核心部件是电动机，电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力转动，这与扬声器的工作原理本质相同。 迁移创新 1．将三节干电池串联后接在如图所示扬声器线圈的两端，开关闭合时可以观察到纸盆向前运动；去掉干电池，线圈两端接入功率很小的灯泡，快速左右晃动纸盆，发现灯泡忽明忽暗。下列说法正确的是（　　） A．接入干电池后，开关闭合时观察到纸盆向前运动与发电机原理相同 B．将电池正、负极对调，纸盆的运动方向不会发生变化 C．灯泡忽明忽暗是因为线路接触不良导致的 D．快速晃动纸盆，发现灯泡忽明忽暗，这是电磁感应现象 【答案】D 【详解】A．接入干电池后，开关闭合时观察到纸盆向前运动，是由于通电线圈在磁场中受力运动，与电动机的原理相同，故A错误； B．通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关，将电池正、负极对调，电流方向发生变化，则线圈在磁场中受力的方向也会发生变化，故纸盆的运动方向也会发生变化，故B错误； CD．快速晃动纸盆，是因为线圈切割磁感线运动的方向和速度发生变化，使产生的电流的大小和方向不断变化，导致灯泡忽明忽暗，这是电磁感应现象，故C错误，D正确。 故选D。 2．如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于_______（选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与_____（选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是_____（填“甲”或“乙”）。 【答案】 电源 话筒 乙 【详解】[1]闭合开关S后，电动机甲在电源作用下转动，电能转化为机械能；电动机甲通过皮带带动电动机乙转动，电动机乙内部的线圈在磁场中切割磁感线，产生感应电流使小灯泡发光，所以电动机乙此时相当于电源，将机械能转化为电能，其原理是电磁感应。 [2][3] 动圈式扬声器是将电信号转化为声信号，利用的是通电导体在磁场中受力运动的原理；话筒是将声信号转化为电信号，利用的是电磁感应原理，所以此过程利用的原理与动圈式话筒一致。 综上，将机械能转化为电能的实验装置是乙。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第八章 电磁相互作用 第3节 跨学科实践 传感技术 课标要点 1. 掌握动圈式话筒、扬声器的工作原理与能量转化。 2. 认识常见传感器，了解传感器在生活中的应用。 学习重难点 重点：区分动圈式话筒和扬声器的原理。 难点：分析简单传感器自动控制电路的工作过程。 知识点 话筒（重点） 1. 类型：动圈式话筒 2. 工作原理：电磁感应现象 3. 信号转化：声信息 → 电信息 4. 能量转化：机械能 → 电能 5. 工作过程：声音带动膜片振动，和膜片相连的线圈跟着一起振动，线圈在永磁体的磁场里做切割磁感线运动，产生变化的电流，把声音信息转化成电信息。 随学随练 1．如图是动圈式话筒内部结构。对着话筒说话时，声带________发出声音，使膜片带动线圈做切割磁感线运动，产生的_______进入扩音机，通过扬声器还原成声音，此时改变了声音的________（选填“音调”或“响度”）。线圈做切割磁感线运动的过程中，将_______能转化为电能。 知识点 扬声器（重点） 1. 工作原理：磁场对通电导体有力的作用 2. 信号转化：电信息 → 声信息 3. 能量转化：电能 → 机械能 4. 工作过程：变化的电流通入线圈，线圈在永磁体磁场中受到力的作用来回振动，带动纸盆振动发声，将电信息转化为声信息。 随学随练 1．如图是一种动圈式耳机的内部结构示意图。当音圈中有大小和方向反复变化的电流通过时，音圈带动音膜___________（选填“向左”“向右”或“左右往复”）运动。音圈之所以运动，是由于______对通电线圈有力的作用。 知识点 传感器 1. 定义：能把声、光、力、热等信息转化成电信息的器件。 2. 作用：实现自动检测、自动控制。 3. 生活实例 声控灯：声音信息→电信息 自动干手器：光信息→电信息 电子体重计：力信息→电信息 汽车自动雨刷器：湿度信息→电信息 随学随练 1．下列说法中正确的是（    ） 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．听筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号 C．电子秤所使用的测力装置是力传感器 D．把电信息转换成其他信息的器件叫传感器 基础通关 1．如图是动圈式话筒的构造示意图，当人对着话筒说话时，声音使膜片振动，与膜片相连的线圈在磁场中运动，产生的电流经放大后通过扬声器还原成声音。以下关于该动圈式话筒的分析正确的是（    ） A．声音的音调对膜片振幅有影响 B．线圈中的电流方向是不断变化的 C．话筒工作时将电能转化为机械能 D．话筒与电磁继电器的工作原理相同 2．如图是一种佩戴在手腕上的“计步器”，其内部的基本构造是在一段塑料管中密封一小块磁体，管外绕着线圈。走路时，磁体在管中往复运动，线圈输出不断变化的电流，实现计步。下列选项中与“计步器”产生电流的原理相同的是（　　） A．动圈式话筒 B．扬声器 C．电磁铁 D．电动机 3．学习科学知识的价值之一，是将所学知识创造性地服务于社会。如“通电导线在磁场中受到力的作用”就有许多实际应用。下列发明成果应用了这一知识的是（　　） A．发电机 B．动圈式话筒 C．电磁继电器 D．电动机 4．如图示的四个装置中，工作原理与发电机相同的是（　　） A．司南 B．话筒 C．扬声器 D．电磁起重机 5．如图所示为某种扬声器的原理图，AB间连接一导线，导线置于磁极之间，导线中间固定一薄膜片。当AB间通有方向不断变化的电流时，薄膜片振动发声。这种扬声器的工作原理是__________。 6．下图是一种动圈式扬声器的内部结构示意图。当线圈中有电流通过时，通电线圈在______中受到力的作用而运动；由于通过线圈的交变电流方向不断变化，线圈就不断来回运动，带动纸盆振动发声。若将线圈两端连接干电池，则该扬声器______（选填“会”或“不会”）持续发声。 7．根据通电线圈在磁场中________转动的现象可以制成电动机。如图所示，若将磁铁的N、S极对调，同时改变导体ab切割磁感线的方向，则电流表指针的摆动方向________（选填“改变”或“不变”）；扬声器工作原理与________（选填“电动机”或“发电机”）的原理相同。 素养提升 1．如图所示，这是手机无线充电的原理图。当交变电流通过底座中的送电线圈时，会产生变化的磁场，手机中的受电线圈靠近变化的磁场，就会产生电流给手机供电。下列设备中工作原理与受电线圈类似的是（     ） A．电热毯 B．动圈式话筒 C．电灯泡 D．电热水壶 2．生产和生活中的电器内部结构非常复杂，“简化”是一种科学方法。关于它们的核心工作原理分析错误的是（　　） A．甲：电动机的工作原理是通电导线在磁场中受力 B．乙：通过其它方式使线圈转动起来，其他形式能量转化为电能 C．丙：扬声器是把声信号转化为电信号的装置 D．丁：动圈式话筒的工作原理是电磁感应 3．如图所示，甲、乙两个相同的装置分别由U形磁铁、导体棒和金属支架构成，导体棒ab和cd放在支架上，支架由导线连接。闭合开关并向右移动ab，cd也会随之向右移动，下列说法正确的是（　　） A．甲装置涉及的物理学原理是由奥斯特发现的 B．乙装置中若对调磁极则cd会向左移动 C．甲装置与动圈式扬声器的原理相同 D．乙装置与动圈式话筒的原理相同 4．如图所示，用两根橡皮筋悬挂金属棒并置于磁场中；当棒中通上由A到B方向的电流时，金属棒静止且橡皮筋刚好处于松弛状态（导线对金属棒的作用力忽略不计）；若改变金属棒中电流方向，金属棒将________（选填“向上运动”、“向下运动”或“静止”）。________（选填“动圈式话筒”或“动圈式扬声器”）的工作原理与该实验的原理相同。 5．如图所示是动圈式话筒和扬声器的构造示意图。扬声器的线圈振动是因为____________在磁场中受到力的作用，该话筒的工作原理是____________现象。电风扇的工作原理与______（话筒/扬声器）的工作原理相同。 迁移创新 1．将三节干电池串联后接在如图所示扬声器线圈的两端，开关闭合时可以观察到纸盆向前运动；去掉干电池，线圈两端接入功率很小的灯泡，快速左右晃动纸盆，发现灯泡忽明忽暗。下列说法正确的是（　　） A．接入干电池后，开关闭合时观察到纸盆向前运动与发电机原理相同 B．将电池正、负极对调，纸盆的运动方向不会发生变化 C．灯泡忽明忽暗是因为线路接触不良导致的 D．快速晃动纸盆，发现灯泡忽明忽暗，这是电磁感应现象 2．如图所示，闭合S后电动机甲开始转动，同时用皮带带动电动机乙转动，小灯泡发光，此时，电动机乙相当于_______（选填“用电器”“开关”或“电源”），此过程中利用的原理与_____（选填“动圈式扬声器”或“话筒”）一致。将机械能转化为电能的实验装置是_____（填“甲”或“乙”）。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $