物理總復(fù)習(xí)：傳感器及其應(yīng)用

編稿：李傳安審稿：

r著須稿式】

［力傳感器：將力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

八學(xué)聲傳感器：將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

“關(guān)］溫度傳感器：將溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或電路的通斷

［光傳感器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)

"蟹j力傳感器的應(yīng)用：電子秤

-聲傳感器的應(yīng)用：話筒

溫度傳感器的應(yīng)用：電熨斗、電飯鍋、測(cè)溫儀

［光傳感器的應(yīng)用：鼠標(biāo)器、火災(zāi)報(bào)警器

「與”門電路

簡單的邏輯電路“或”門電路

“非”門電路

【考點(diǎn)梳理】

考點(diǎn)一、傳感器

要點(diǎn)詮釋：

1、傳感器傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)

成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)

換為電路的通斷，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳

輸、處理和控制了。

2、制作傳感器的敏感元件

(1)光敏電阻

光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體,無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；

隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多,導(dǎo)電性變好。光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)

量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。

(2)熱敏電阻和金屬熱電阻

①熱敏電阻：指用半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電

D

阻。如圖為某熱敏電阻的阻值——溫度特性曲線，\

②金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，這V

樣的電阻也可以制作溫度傳感器。

熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量(電阻)，但

熱敏電阻的靈敏度較好。

熱敏電阻的阻值隨溫度的升高不一定減小，對(duì)正溫度系數(shù)的熱敏電阻

(PTC)其阻值隨溫度的升高而增大，而負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻其阻值隨溫度的

升息)而減小。

(3)電容式位移傳感器

能夠把物體位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。

(4)霍爾元件

把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量，產(chǎn)生的電壓=k號(hào)稱

a

為霍爾電壓，式中的d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，與薄片的材料有關(guān)。

3、關(guān)于傳感器的分類

序號(hào)分類方法傳感器的種類說明

位移傳感器、速度傳感

按輸入量分

1器、溫度傳感器、壓力傳感傳感器以被測(cè)物理量命名

類

器等

按工作原理分應(yīng)變式、電容式、電感式、

2傳感器以工作原理命名

類熱電式、電壓式

傳感器依賴其結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化

結(jié)構(gòu)型傳感器

按物理現(xiàn)象分實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換

3

類傳感器依賴其敏感元件物理特

特性型傳感器

征的變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換

按能量關(guān)系分傳感器直接將被測(cè)量的能量轉(zhuǎn)

4能量轉(zhuǎn)換型傳感器

類換為輸出的能量

由外部供給傳感器能量而由被

能量控制型傳感器

測(cè)量來控制輸出的能量

按輸出信號(hào)分模擬式傳感器輸出為模擬量

5

類數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量

4、如何求解傳感器問題

傳感器問題具有涉及的知識(shí)點(diǎn)多、綜合性強(qiáng)、能力要求高等特點(diǎn)，而傳感

器的形式又多種多樣，有的原理甚至較難理解。但不管怎樣，搞清傳感器的工作

原理及過程是求解問題的關(guān)鍵。因此，求解時(shí)必須結(jié)合題目提供的所有信息，認(rèn)

真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，這樣才能對(duì)題目的要求作出解釋或回答。另外,

平時(shí)多應(yīng)注意實(shí)際生產(chǎn)、生活中的一些實(shí)例，多一些思考，多動(dòng)一下手，多查一

下資料，開闊自己的視野，豐富自己的經(jīng)驗(yàn)，做到學(xué)以致用、活學(xué)活用的目的。

5、傳感器的一般應(yīng)用模式

傳感器是將所感受到的物理量（如力、熱、光等）轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量（-

般是電學(xué)量）的一類元件。其工作過程是：通過對(duì)某一物理量敏感的元件，將感

受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)

換電路三個(gè)部分組成，如圖所示。

例如，許多食品加工設(shè)備（如電烤箱渚B要控制在一定的溫度范圍內(nèi)工作，

可使食品味道鮮美且不失養(yǎng)分，如圖所示的控制電路，開始工作時(shí)，溫度較低，

R,阻值較小，繼電器吸合，A與C接通，電熱絲L通電加熱，達(dá)到一定溫度q時(shí),

電阻增大，繼電器放開，A與B接通，燈亮鈴響，停止加熱，溫度降低到某一值

7；時(shí)，繼電器又吸合，A與C接通，又開始加熱

復(fù)，維持在一定的溫度范圍（7；~7；）內(nèi)。

話筒是一種常用的聲傳感器，類型雖多，但其作用都是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電

信號(hào)。常見類型有：動(dòng)圈式話筒、電容式話筒、駐

到

放

極體話筒。5Mn大

21

(2)電容式話筒的工作原理

如圖所示，金屬膜片M和固定電極N形成一250V

個(gè)電容器，被直流電源充電，當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí),

電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流。于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化

規(guī)律相同的電壓。

(3)動(dòng)圈式話筒的工作原理

如圖所示是動(dòng)圈式話筒的構(gòu)造原理圖，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。當(dāng)

聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連接在膜片上的線圈(叫做音圈)隨著一起振動(dòng)。音圈

在永磁鐵的磁場里振動(dòng)，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流(電信號(hào)1感應(yīng)電流的大小和方

向都變化，振幅和頻率的變化由聲波決定。這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)

擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。

3、溫度傳感器的應(yīng)用

溫度傳感器一般由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻制成。它可以

把熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制。

(1)電熨斗

如圖所示,內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，雙金屬片的上部金屬膨脹系數(shù)

大，下部金屬膨脹系數(shù)小，則雙金屬片受熱向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電

源停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新

接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的

作用。

rvvvvvwx

(2)電飯鍋

主要元件是感溫鐵氧體，常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，接通電源,

但是當(dāng)上升到約103℃0<]"居里溫度〃時(shí)，就失去了鐵磁性，不能被磁體吸引了，

在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源從而停止加熱。

(3)測(cè)溫儀

測(cè)溫儀可以把溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來，

由于電信號(hào)可以由測(cè)溫地點(diǎn)傳輸?shù)狡渌胤?，所以?yīng)用溫度傳感器可以遠(yuǎn)距離讀

取溫度的數(shù)值。

測(cè)溫元件可以是熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶、紅外線、敏感元件等。

4、光傳感器的應(yīng)用

(1)機(jī)械式鼠標(biāo)

鼠標(biāo)器移動(dòng)時(shí)，滾球運(yùn)動(dòng)通過滾軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到

斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)x、y兩個(gè)方向的

脈沖信號(hào)，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移。

(2)火災(zāi)報(bào)警器

如圖為利用煙霧對(duì)光的散射來工作的一種火災(zāi)報(bào)警器，其工作原理是：帶

照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)

發(fā)出警報(bào)。

考點(diǎn)三、簡單的邏輯電路

一、簡單的邏輯電路

要點(diǎn)詮釋：

1."與"門電路

(1)"與"邏輯關(guān)系：有兩個(gè)(或多個(gè))控制條件作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果,

當(dāng)兩個(gè)(或多個(gè))條件都滿足時(shí)，結(jié)果才會(huì)成立，這種關(guān)系稱為“尸1丫

"與〃邏輯關(guān)系。

(2)”與〃門電路：滿足〃與〃邏輯關(guān)系的電路稱為"與〃門電路。

(3)〃與〃門的邏輯符號(hào)：見圖。

(4)"與"門反映的邏輯關(guān)系：Y=AxB。"與"門的真值表可由此關(guān)系

填寫。

(5)”與〃門電路的特點(diǎn):當(dāng)輸入都為"0"時(shí)，輸出為“0”；當(dāng)一個(gè)

輸入為"0",另一個(gè)輸入為"1"時(shí)，輸出為”0"；當(dāng)輸入都為"1"時(shí)，輸

出為T0

2."或"門電路

(1)"或"邏輯關(guān)系：在幾個(gè)控制條件中，只要有一個(gè)條件得到滿足，結(jié)

果就會(huì)發(fā)生這種關(guān)系稱為"或"邏輯關(guān)系。八尸

B-

(2)"或"門電路：滿足"或"邏輯關(guān)系的電路稱為"或〃

門電路。

(3)"或〃門的邏輯符號(hào)：見圖。

(4)"或〃門反映的邏輯關(guān)系：Y=A+B。"或"門的真值表可由此關(guān)系

填寫。

(5)"或"門電路的特點(diǎn):當(dāng)輸入都為"0"時(shí)，輸出為"0"；當(dāng)一個(gè)

輸入為"0",另一個(gè)輸入為"1"時(shí)，輸出為“1〃；當(dāng)輸入都為"1"時(shí)，輸

出為"1"。

3."非"門電路

(1)"非〃邏輯關(guān)系：輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)成相反的邏輯關(guān)系，叫做"非"

邏輯。A-1f

(2)"非"門電路：滿足"非”邏輯關(guān)系的電路稱為〃非"

門電路。

（3）”非〃門的邏輯符號(hào):見圖。

（4）〃非〃門反映的邏輯關(guān)系：y=N,表示Y與A狀態(tài)相反.〃非“門

真值表可由此關(guān)系填寫。

（5）"非〃門電路的特點(diǎn)：當(dāng)輸入為時(shí)，輸出為“1"；當(dāng)輸入為

T時(shí),輸出為"0"；〃非〃門的邏輯符號(hào)的"0"表示反相（又叫反相圈I

二、斯密特觸發(fā)器

如圖所示，這種"非"門由于性能特別，稱為斯密特觸發(fā)器.當(dāng)加在它的

輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值（1.6V）時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平跳到

低電平（0.25V）,而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值（0.8V）的時(shí)候，Y會(huì)

從低電平跳到高電平（3.4VX斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)

變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號(hào)，而這正是進(jìn)行光

控所需要的。（1）斯密特觸發(fā)器是一種"非"門，當(dāng)輸入

端電壓上升（下降）到某值時(shí)，輸出端電壓會(huì)從高電平跳到低電平（低電平跳到

高電平I

（2）斯密特觸發(fā)器一般應(yīng)用于光控開關(guān)或溫度報(bào)警器，電路中有一光敏電

阻或熱敏電阻用于改變輸入端電壓。

三、對(duì)邏輯關(guān)系的理解

1.對(duì)"與"邏輯關(guān)系的理解

（1）生活中的〃與〃邏輯關(guān)系：某單位財(cái)務(wù)室為了安全,規(guī)定不準(zhǔn)一個(gè)人

T--11*1-*---v-TT-X1FA、個(gè)人同時(shí)打開

條件結(jié)果輸入結(jié)果

開關(guān)A開關(guān)B燈泡LA1BY

斷斷燭°00

斷通00

通新熄°0

通通亮11

2.對(duì)"或〃邏輯關(guān)系的理解

四、邏輯電路與傳感器的應(yīng)用舉例

1.光控開關(guān)

如圖是光控電路的工作原理示意圖。白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻凡電

阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光

二極管LED不導(dǎo)通，當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，凡的阻值增大到一定值，斯密特

觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個(gè)值（1.6V）,輸出端Y突然從高電平跳到低

電平（0.25V），則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了）,這樣就達(dá)到了

使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的。

要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把用的阻值、

調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到

某個(gè)值（如1.6V）,就需要兒的阻值達(dá)到更大，即天

色更暗。

2.溫度報(bào)警器

電路原理圖如圖所示，常溫下，調(diào)整用的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A

處于｛氐電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲。當(dāng)溫

度升高時(shí)熱敏電阻阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高,達(dá)到某一值

F+SV

要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，

應(yīng)減小凡的阻值，與阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平，則熱敏

電阻阻值要求越小，即溫度越高。

【典型例題】

類型一、敏感元件的特性

金屬電阻的阻值隨溫度的升高而增大，也叫正溫度系數(shù)熱敏電阻；半導(dǎo)體

材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，也叫負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

光敏電阻的阻值隨光強(qiáng)的增大而減小。

二"R；---------i,Ri為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈

A.Ri兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大

C.小燈泡的亮度變強(qiáng)D.小燈泡的亮度變?nèi)?/p>

【思路點(diǎn)撥】負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的特性：阻值隨溫度的升高而減小。

【答案】C

【解析】R2與燈L并聯(lián)后與改串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路。當(dāng)熱敏電阻溫度降

低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，燈L兩端電壓增大，

燈泡亮度變強(qiáng)，Ri兩端電壓減小，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)。

【總結(jié)升華】若把R2換為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，則選項(xiàng)正確的是（ABD\

舉一反三

【變式】如圖所示，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)

光二極管（電流越大，發(fā)光越強(qiáng)），且R與D距離不變，下列說法R

中正確的是（）

A.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大

B.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變

C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變

D.無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，L消耗的功率不變

【答案】A

【解析】電源電壓恒定，也就是說,并聯(lián)電路兩端的電壓恒定，當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左

移動(dòng)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光變強(qiáng)，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功

率變大。

類型二、邏輯電路

掌握門電路的邏輯關(guān)系，要立足于門電路的類比實(shí)例，使抽象的邏輯關(guān)系建

立在客觀事實(shí)上，反之邏輯關(guān)系又是通過真值表判斷電路種類的依據(jù)。

例2、電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制電路如圖所示，其中為熱敏電阻，尺為光敏電

阻出潟度抖直而々的陽佶遠(yuǎn)小于用；當(dāng)光照射此時(shí)，其阻值遠(yuǎn)小于R」為

日時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng),電路中的虛線框內(nèi)應(yīng)選—［邏

I啟動(dòng)的靈敏度，可以一&的阻值（填"增大〃

【思路點(diǎn)撥】為使電動(dòng)機(jī)在溫度升高或受到光照時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)，知只要有一個(gè)條

件滿足，事件就能發(fā)生，可知是"或"門；若要提高光照時(shí)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的靈敏度,

即光照還沒足夠強(qiáng)時(shí)，輸出端就能得到高電勢(shì)。

【答案】或門；增大。

【解析】為使電動(dòng)機(jī)在溫度升高或受到光照時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)，即熱敏電阻或光敏電

阻的電阻值小時(shí),輸入為1,輸出為1,所以是"或門"。因?yàn)槿粢岣吖庹諘r(shí)

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的靈敏度，需要在光照較小即光敏電阻較大時(shí)輸入為1,輸出為1,

所以要增大與。

【總結(jié)升華】解決本題的關(guān)鍵掌握"或〃門的特點(diǎn)，即只要有一個(gè)條件滿足，事

件=nn-=[ZF榆入輸出

00

[(A)(B)1

011

=EEiHjZk=S4Z>-101

(C)(D)110

【答案】D

【解析】圖A是或門，運(yùn)算法則是Y=A+B,所以排除。圖B是與門,運(yùn)算

法則是Y=AXB,驗(yàn)證又被排除。圖C是或非門，真值表第三行不符，而正確的

只有圖D。

類型三、熱電傳感器的應(yīng)用

溫度傳感器一般由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻制成。它可以把

熱信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)遂行自動(dòng)控制。

例3、如圖是電飯煲的電路圖，S是一個(gè)控溫開關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開

關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103P）時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開.邑是一個(gè)自動(dòng)控溫開關(guān)，當(dāng)溫度

低于70＜時(shí),會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開。紅燈是加熱時(shí)的指

示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，分流電阻凡=&=500Q，加熱電阻絲R.=50Q,

兩燈電阻不計(jì)。

|十而作原理。

十章圖種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比。

用黃燈紅燈R2

一一8o----------------

【思路點(diǎn)撥】電飯煲的原理是利用其內(nèi)部感溫磁體在居里溫度（103℃）前后磁

性的有無來控制開關(guān)的閉合。兩種狀態(tài)下消耗的功率之比可根據(jù)串、并聯(lián)的特點(diǎn)

結(jié)合功率計(jì)算公式求得。

【解析】(1)電飯煲盛上食物后，接上電源，邑自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合

這時(shí)黃燈短路,紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)；力口熱至IJ8CTC時(shí)，邑自動(dòng)斷開,S,

仍閉合；水燒開后，溫度升高到1030c時(shí),開關(guān)、自動(dòng)斷開，這時(shí)飯已煮熟，黃

燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)。由于散熱,待溫度降至70。(：時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電

飯煲重新加熱,溫度達(dá)到80℃時(shí)，S2又自動(dòng)斷開，再次處于保溫狀態(tài)。

(2)加熱電飯煲消耗的電功率《二J，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率

兩式中R井二亡女二丁0

從而有二二&逸二”

P?品1

【總結(jié)升華】如果不閉合開關(guān)S「能將飯煮熟嗎？(如果不閉合開關(guān)S-開始S?

總是閉合的,凡被短路，功率為片，當(dāng)溫度上升到80。(:時(shí)，52自動(dòng)斷開，功率

降為P2,溫度降低到70℃,邑自動(dòng)閉合,溫度只能在70℃-80為之間變化,

不能把水燒開，不能煮熟飯。)

舉一反三

【變式】溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家電產(chǎn)品中，它是

利用熱敏電阻的阻值隨溫度而變化的特性T作的.在圖甲中，電源的電動(dòng)勢(shì)

E=9.0V,內(nèi)電阻可忽略不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻R/呆持不變；R為熱敏電

t圖線所示，閉合開關(guān)，當(dāng)R的溫

裱的示數(shù)3.6mA時(shí)，熱敏電

【答案】/2=120℃

【解析】從圖乙查得t=20℃時(shí)，R的阻值為4kQ

P

當(dāng)/尸2mA時(shí)，由七=4(R+RJ,彳導(dǎo)％=y-/?=().5m

當(dāng)八二3.6mA時(shí)，熱敏電阻的阻值為R：'

則*=右一％=2.(UC,從圖中查得此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為『2=120。匚

12

類型四、力電傳感器的應(yīng)用

例4、如圖所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻

值為R,長度為L,兩邊分別有外、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭，勺可在豎直絕緣光滑的固定

桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長時(shí)，勺剛好指著A端，勺

與托盤固定相電壓經(jīng)過放大，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在

顯小屏上將顯「力度系數(shù)為左托盤自身質(zhì)量為砥)，

電源電動(dòng)勢(shì)為次云口度為g.求：

U

(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，勺離A的距離勺.

(2)托盤上放有質(zhì)量為，〃的物體時(shí)，外離A的距離心.

(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2,使P2離A

的距離也為修，從而使勺、P2間的電壓為零.校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體陽放在托盤上，

試推導(dǎo)出物體質(zhì)量小與A、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式.

【思路點(diǎn)撥】(1)托盤上未放物體時(shí),與Pi相連的金屬細(xì)桿受向下的托盤的壓

力與彈簧拉力作用，處于平衡狀態(tài)，由胡克定律及平衡條件可以求出Pi距A端

的距離；

(2)在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，與Pi相連的金屬細(xì)桿受向下的托盤與

物體的壓力與彈簧拉力作用，處于平衡狀態(tài)，由胡克定律及平衡條件可以求出

Pi距A端的距離；

(3)求出托盤上放上重物時(shí)，Pi下滑的距離，然后由歐姆定律求出電壓表的示

數(shù).

【答案案1)/=華(2)”也產(chǎn)(3)m="u

kkgE

【解析】托盤的移動(dòng)帶動(dòng)4移動(dòng)，使4、6間出現(xiàn)電勢(shì)差，電勢(shì)差的大小反映了

托盤向下移動(dòng)距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其電阻與長度成正比.

(1)由力的平衡知識(shí)可得：，叫送=3,解得：N=等

(2)放上重物重新平衡后一位+,咫=%，解得：迪

(3)由閉合電路歐姆定律可知￡=/R

由部分電路歐姆定律可得：u=水串

由于粵T其中x為小P2間的距離，則

RL

》=心3=等聯(lián)立解得：〃?=3〃

kgE

【總結(jié)升華】在有關(guān)力電傳感器的計(jì)算中，必然涉及電路計(jì)算要注意歐姆定律及

分壓原理的應(yīng)用。

舉一反三

【變式】雜技演員在進(jìn)行“頂桿"表演時(shí)，用的是一根質(zhì)量可忽略不計(jì)的長竹竿,

質(zhì)量為30kg的演員自桿頂由靜止開始下滑，滑到桿底時(shí)速度正好為零。已知竹

竿底部與下面頂桿人肩部之間有一傳感器，傳感器顯示頂桿31：個(gè)_____.

2

人肩部的受力情況如圖所示，取g=i0/n/5o求：isj—ji

(1)桿上的人下滑過程中的最大速度；J曰：不

(2)竹竿的長度。

【答案】(1)癡/s(2)6m。

【解析】(1)以人為研究對(duì)象，人加速下滑過程中受重力mg和桿對(duì)人的作用

力￡,

由題圖可知，人加速下滑過程中桿對(duì)人的作用力6為180N。

由牛頓第二定律得加g-4=nia,則,Is末人的速度達(dá)到最大，

貝!Ju=at=46/s

(2)加速下降時(shí)位移為：山==2m

mvl

減速下降時(shí),由動(dòng)能定理得(〃琢-F2應(yīng)=°一3

代入數(shù)據(jù)解得$2=4"Z,S=S]+S2=61n。

類型五、光電(聲電)傳感器的應(yīng)用

例5、如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒

的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的

金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U,人對(duì)著話筒說話

時(shí),振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在的電路中的其他量發(fā)生變

化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器兩

板間的

.正對(duì)面積變化C.介質(zhì)變化D.電壓變化

【思路點(diǎn)撥】電容式話筒就是電容式傳感器，是典型的聲傳感器。

【答案】A

【解析】電容式話筒中振動(dòng)膜上的金屬層和金屬板構(gòu)成的電容器相當(dāng)于一個(gè)平行

板電容器，當(dāng)人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使兩極板間的距離發(fā)生變化,

從而導(dǎo)致電容器的電容發(fā)生變化，所以選A。

【總結(jié)升華】理解"振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極〃的意思，

就知道是電容傳感器。

舉一反三

【變式1］如圖所示，唱卡拉0K用的話筒內(nèi)有傳感器。其中有一種是動(dòng)圈式的，

它的工作原理是在金屬膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁

場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。下列說法TF確的

是（）

A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的

B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的

C??直線圈的磁通量不變

2,《（內(nèi)，線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

18tli.片

【答案】B

【解析】動(dòng)圈式話筒是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。當(dāng)聲波使金屬膜片振動(dòng)時(shí)，連

接在膜片上的線圈（叫音圈）隨著一起振動(dòng)。音圈在永磁體的磁場中振動(dòng)，產(chǎn)生

感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化由聲波決定，這就

將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中

就發(fā)出放大的聲音。

光電傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類傳感器，一般以光敏電阻為主

要元件，因?yàn)楣饷綦娮桦娮柚惦S光照加強(qiáng)而減小，將光敏電阻連接到電路中時(shí)，

光照改變就會(huì)引起電路中其它電學(xué)量的改變，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

【變式2】如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖,其中A是發(fā)光儀器，B是

傳送帶上物品，Ri為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理

是（）

A.當(dāng)有光照射Ri時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電

壓產(chǎn)三

B.當(dāng)有光照射R】時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電圖

壓

C.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次

D.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次

【答案】AD

【解析】光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器原理圖如上，當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射出

的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻阻值變小，由分壓規(guī)律知供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓變低；

當(dāng)傳送帶上有物品擋住由A射出的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變大，供給信號(hào)

系統(tǒng)的電壓變高并記數(shù)一次。這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理系統(tǒng)的處

理，就會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。故上題應(yīng)選、

ADo

類型六、結(jié)合傳感器的綜合試題

例6、乙同學(xué)設(shè)計(jì)的"直線運(yùn)動(dòng)加速度測(cè)量儀”如圖所示。質(zhì)量為1.0kg的

絕緣滑塊B的兩側(cè)分別通過一輕彈簧與框架A連接，彈簧的勁度系數(shù)均為

滑塊還通過滑動(dòng)頭與長為的電阻相連,中任意

100N/moB12.00cmCDCD

一段的電阻都與其長度成正比。將框架A固定在被測(cè)物體上，使彈簧及電阻CD

均與物體的運(yùn)動(dòng)方向平行。通過電路中指針式直流電壓表的讀數(shù)，可以得知加速

度的大小。不計(jì)各種摩擦阻力。電壓表內(nèi)阻足夠大，直流電源的內(nèi)阻可忽略不計(jì)。

設(shè)計(jì)要求如下：

a.當(dāng)加速度為零時(shí),電壓表示數(shù)為1.50V;

b.當(dāng)物體向左以可能達(dá)到的最大加速度10.00m/s2加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)為滿

量程3.00V;

c.當(dāng)物體向右以可能達(dá)到的最大加速度

10.00m/s2&猥〃::竭

加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)為0。_

①當(dāng)電壓表的示數(shù)為1.80V時(shí)物體運(yùn)動(dòng)加速度N1t

的

大小為m/s2

②當(dāng)加速度為零時(shí)，應(yīng)將滑動(dòng)頭調(diào)在距電阻C