高中物理备课参考 传感器的应用实验
实验：利用传感器制作简单的自动控制装置-高考物理复习
某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温
度的过程中，下列温度变化过程用时最短的
是__B__(填选项前的字母序号).
金属梁自由端受力F ⇒ 金属梁发生弯曲 ⇒ 应变片的电阻变化 ⇒
两应变片上电压的差值变化
判断 正误
1.传感器是把非电学量转换为电学量的元件.( √ ) 2.传感器只能感受温度和光两个物理量.( × ) 3.随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大.( × )
4.电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转换为电压
改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面分量的大小发生
变化，UH将发生变化，选项D正确.
实验：利用传感器制作简单 的自动控制装置
一、门窗防盗报警装置 1.实验目的：了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置. 2.电路如图所示.
3.工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态.当门窗紧闭时，磁体M 靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继 电器工作.继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显 示电路处于正常工作状态.当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁 断开，继电器被断电.继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声 报警.干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个 自动的双向开关.
由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热 器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改 变.而要确保电流表的示数仍为50.0 μA，则需控 制整个回路的总电阻不变，故须调节可变电阻R1. 连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总 减小，则根据并联电阻的关系有R总＝RRT＋TRRVV＝RRVTR＋T 1 ，则要保证R总 不变，须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表.
高二物理人教版选修32实验：传感器的应用
实验：传感器的应用重/难点重点：了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。
温度报警器的电路工作原理。
难点：光控电路和温度报警器电路的工作原理。
重/难点分析重点分析：斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端A 的电压逐渐上升到某个值1.6V 时，输出端Y 会突然从高电平调到低电平0.25V ，而当输入端A 的电压下降到另一个值的时候0.8V ，Y 会从低电平跳到高电平3.4V 。
斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。
难点分析：光控开关实验中要想在天暗时路灯才会亮，应该把1R 的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器的输入端A 电压达到某个值1.6V ，就需要G R 的阻值达到更大，即天色更暗。
温度报警器实验要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该减小1R 的阻值，1R 阻值越小，要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
突破策略一、普通二极管和发光二极管（1）二极管具有单向导电性（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V 。
二、晶体三极管晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结，两个PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和NPN 两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b,发射极e 和集电极c 。
发射区和基区之间的PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
高中物理实验课程【高中物理实验课程】实验 传感器的简单使用
实验十一传感器的简单使用考纲解读1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2。
能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性。
3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤(1)按实验原理图甲连接好电路,将热敏电阻绝缘处理；(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数；（3）向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4）将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．4．数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．图15．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．6．注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性1．实验原理闭合电路欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源．3．实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；（2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据;（3）打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．（4）用手掌（或黑纸）遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论(1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小．(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．6．注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的; (2)欧姆表每次换挡后都要重新调零．考点一温度传感器的应用例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示。
高考物理实验传感器的简单使用
高考物理实验传感器的简单使用(一)实验目的了解传感器的简单应用.(二)实验原理传感器是将它感受到的物理量(如力\,热\,光\,声等)转换成便于测量的量(一般是电学量).其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号.例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号,热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号,转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测\,自动控制\,遥控等各种目的了.(三)实验器材热敏电阻、多用电表、温度计、水杯、铁架台、光敏电阻、小灯泡(或门铃)、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线若干.(四)实验步骤1.热敏特性实验按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的.2.光敏特性实验按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生怎样的变化.3.光电计数的基本原理下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B 中的主要元件是光电传感器——光敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变高,这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能.。
传感器原理及应用实验
传感器原理及应用实验
传感器是一种能够感知和测量环境变量的装置或设备，它能够将环境中的物理量转换为电信号或其他方便处理的形式。
传感器原理及应用的实验是为了研究和验证某种传感器的工作原理以及应用场景。
在实验中，我们通常会使用模拟传感器或数字传感器来进行测量和控制。
模拟传感器是指将物理量转换为模拟电压或电流信号的传感器，如温度传感器、压力传感器等。
数字传感器是指将物理量转换为数字信号的传感器，如光电传感器、加速度传感器等。
实验的第一步通常是准备实验装置和所需材料，如传感器、电源、电路板等。
接下来，我们需要按照实验步骤连接电路，并将传感器与电路板相连接。
在实验过程中，我们需要根据传感器的工作原理合理地选择信号放大电路、滤波电路等辅助电路。
同时，对于数字传感器，我们还需要使用单片机或其他数字处理器对信号进行处理和分析。
实验中，我们可以通过改变环境条件或操控实验装置来模拟不同的应用场景。
例如，在温度传感器实验中，可以通过改变热源的温度来观察传感器输出的电信号变化；在光电传感器实验中，可以调节光源的强度或改变测试物体与光源之间的距离来观察传感器的反应。
进行实验后，我们可以通过观察和记录传感器输出的电信号或其他相应数据来分析传感器的性能，并根据实验结果来判断传
感器的可行性、精度和稳定性。
在实验结束后，如果有必要，我们还可以根据实验结果对传感器进行调整和优化，以适应更广泛的应用场景。
传感器的原理及应用实验对于探索和理解传感器的工作原理和应用具有重要意义。
通过实验，我们可以深入了解传感器的特性和性能，为传感器应用领域的研究和开发提供实验数据和依据。
高中物理选修课件实验传感器的应用
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实验原理
声音传感器是一种将声音信号转换为电信号的装置，其工作原理基于压电效应或电容变 化。当声音波作用于传感器时，传感器内部的压电材料或电容结构发生变化，从而产生 与声音信号相对应的电信号。通过对电信号的处理和分析，可以得到声音信号的特征和
参数。
实验步骤与操作
搭建实验系统
采集声音信号
观察与分析信号
传感器应用领域
工业自动化
交通运输
智能家居
医疗健康
环境监测
在工业自动化领域，传 感器被广泛应用于各种 生产过程自动检测和控 制系统中，如温度控制 、压力控制、流量控制 等。
在交通运输领域，传感 器被用于监测和控制车 辆、船舶和飞机的运行 状态和安全性能，如车 速检测、油量检测、胎 压监测等。
在智能家居领域，传感 器是实现智能化控制的 关键部件之一，如温度 调节、光线控制、安全 监控等。
• 数据分析：对提取出的声音特征进行统计分析、比较分析等处理，以揭示不同 声音信号之间的差异和联系。可以使用图表、曲线等形式展示分析结果。
• 实验结论：根据实验数据和分析结果，得出关于声音传感器应用和声音信号处 理方面的结论。例如，可以通过实验验证声音传感器在特定应用场景下的可行 性和有效性；或者通过对不同声音信号的分析和比较，发现它们之间的内在规 律和联系。同时，也可以提出改进和优化实验方案的建议和措施。
在医疗健康领域，传感 器被用于监测人体生理 参数和健康状况，如体 温监测、心率监测、血 糖监测等。
在环境监测领环境保护 和治理提供数据支持。
02
实验一：温度传感器应用
实验目的与原理
实验目的
通过实验操作，了解温度传感器的工作原理和应用，掌握温度传感器的使用方 法。
传感器原理与应用实验报告
传感器原理与应用实验报告实验名称：传感器原理与应用实验实验目的：1. 了解传感器的基本原理；2. 学习传感器的应用。
实验器材：1. Arduino开发板；2. 温度传感器；3. 光敏传感器；4. 气体传感器；5. 电位器。
实验原理：传感器是一种能够感知或测量特定物理量的装置，它能够将感知到的物理量转化为电信号输出。
传感器的工作原理根据不同的物理量而有所不同，常见的传感器包括温度传感器、光敏传感器、气体传感器等。
温度传感器是一种能够测量温度的传感器，它利用温度对电阻值的影响来测量温度。
常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等。
光敏传感器是一种能够感知光强的传感器，它利用光敏元件对光的敏感性来测量光强。
常见的光敏传感器有光敏电阻和光电二极管等。
气体传感器是一种能够检测、测量和监测气体浓度和组成的传感器。
常见的气体传感器有气敏电阻和气敏传感器等。
电位器是一种能够调节电阻值的装置，它通过改变电阻值来改变电路中的电流或电压。
实验步骤：1. 将温度传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；2. 将光敏传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；3. 将气体传感器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；4. 将电位器连接到Arduino开发板的模拟输入引脚；5. 编写Arduino代码，读取传感器的电信号，并将其转换为温度、光强、气体浓度等物理量；6. 将物理量通过串口输出或显示到LCD屏幕上。
实验结果：通过实验，我们成功地读取了温度传感器、光敏传感器、气体传感器和电位器的电信号，并将其转换为相应的物理量。
实验结果显示，温度传感器测得的温度为25℃，光敏传感器测得的光强为100 lux，气体传感器测得的气体浓度为200 ppm，电位器调节后的电阻值为500欧姆。
实验总结：通过本实验，我们深入了解了传感器的工作原理和应用。
传感器在现代科技中起着重要的作用，广泛应用于环境监测、工业自动化、智能家居等领域。
传感器实验原理及应用
传感器实验原理及应用传感器实验是一种通过使用传感器来测量和监测环境中的物理量的实验。
传感器是一种能够将感知环境中的物理量（如温度、湿度、光线等）转换为电信号的装置。
传感器实验的原理是利用传感器的电特性来实现对物理量的测量和监测。
传感器实验的原理主要分为三个方面：传感器的感应原理、传感器的信号传输原理和传感器的信号处理原理。
首先是传感器的感应原理。
传感器能够感知和测量环境中的物理量，这是因为传感器本身具有与这些物理量有关的某种特性。
例如，温度传感器根据温度对其内部电阻值的影响来测量温度。
光传感器根据光照强度对其内部光敏电阻的影响来测量光照强度。
传感器的感应原理决定了其对特定物理量的测量灵敏度和测量范围。
其次是传感器的信号传输原理。
传感器将感知到的物理量转换为电信号，并通过电路传输到其他系统中进行处理和显示。
传感器的信号传输主要分为两个阶段：信号转换和信号传输。
信号转换是指将传感器感知到的物理量转换为与之对应的电信号。
信号传输是指通过电路传输将转换后的电信号传送到其他系统中。
传感器信号传输原理的设计既要保证信号传输的稳定性，又要尽量减小信号传输带来的干扰。
最后是传感器的信号处理原理。
传感器的信号处理主要是对传感器输出信号进行放大、滤波、数字化等处理，以便更好地显示、记录和分析。
信号处理的目的是提高传感器测量的精度和准确性，并使信号更易于人们理解和处理。
传感器信号处理原理的设计需要考虑到信号处理的实时性、可靠性和节能性。
传感器实验的应用广泛，涵盖了许多领域。
其中最常见的应用是环境监测。
通过传感器可以实时监测环境中的温度、湿度、光照等因素，并通过传感器实验可以对这些物理量进行测量和分析。
这对于环境研究、气象预测、空调控制等都具有重要意义。
此外，传感器实验还可以应用于智能家居、工业自动化、农业监测等领域。
在智能家居中，传感器实验可以通过感知环境中的物理量来实现智能控制，提高居住的舒适度和安全性。
在工业自动化中，传感器实验可以监测生产过程中的各种参数，及时发现问题并进行调整和优化。
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典型例题
【例 1】 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中 R1为光敏电阻，R2为定值电阻， 此光电计数器的基本工作原理是（ ）
பைடு நூலகம்
【解析】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，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即 qE＝qvB 时，电荷将不再 向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压。
【解析】 因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电
【答案】AC 【点评】光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照或者温度升高时，会 有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。
【例 2】 有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电 路中的 A、B 两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说 法中正确的是（ ）
q U qvB 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，即 b
又因为导体中的电流 I neSv nevbd
U
故
IB ned
【点评】（1）判断电势高低时注意载流子是正电荷还是负电荷。
U IB
（2）由以上计算得上、下两表面间的电压稳定时
ned ，其中 n 为单位体积内的
2. 实验二、温度报警器。
温度报警器的工作原理：常温下，调整 R1的阻值使斯密特触发器的输入端 A 处于低电 平，则输出端 Y 处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻 RT阻值减小，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电 平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声。
(3) 控制电路的工作原理：天较亮时，光敏电阻 RG阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电 势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输入端 A 电势升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳 到低电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后， RG阻值减小，斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平 跳到高电平，则线圈 A 不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。
要想在天更暗时路灯才会亮：应该把 R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入 端 A 电压达到某个值（如 1.6V），就需要 RG的阻值达到更大，即天色更暗时路灯才会亮。
(2) 电磁继电器的工作原理：当线圈 A 中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁 B 向下运动， 从而带动动触点 D 向下与 E 接触，将工作电路接通，当线圈 A 中电流为零时，电磁铁失去 磁性，衔铁 B 在弹簧作用下拉起，带动触点 D 与 E 分离，自动切断工作电路。
【解析】热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏 电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。
【答案】AC
【例 3】 如图所示，有电流 I 流过长方体金属块，金属块宽度为 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，试问金属块上、 下表面哪面电势高？电势差是多少？
A. 当有光照射 R1时，信号处理系统获得高电压 B. 当有光照射 R1时，信号处理系统获得低电压 C. 信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D. 信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
【解析】 1. 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小 这个电学量。 2. 光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。 3. 光电计数器工作原理：当有物体挡住射到光敏电阻 R1的光照时，R1电阻增大，电路中 电流减小，R2两端电压降低，信号处理系统得到低电压，计数器每由高电压转到低电压，就 计一个数，从而达到自动计数目的。
滑块所受合力产生加速度 a1，根据牛顿第二定律有
F1 F2 ma1 得 a1 4 m/s2
a1与 F1同方向，即向前（向右）。
（2）a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 F1 0 ，因两弹簧相同，左弹簧伸长 多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为 F2 20N。滑块所受合力产生加速度， 由牛顿第二定律得 F2 ma2 ，a2=10m/s2，方向向左。
第六章第 4 节 传感器的应用实验
要点精讲
1. 实验一、光控开关
(1) 光控开关工作原理：白天，光强度较大，光敏电阻 RG电阻值较小，加在斯密特触发器 A 端的电压较低，则输出端 Y 输出高电平，发光二极管 LED 不导通；当天色暗到一定程度时， RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A 的电压上升到某个值（1.6V），输出端 Y 突然从高电平跳到低电平，则发光二极管 LED 导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了 使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。
器 b 在前，传感器 a 在后。汽车静止时，传感器 a、b 在的示数均为 10 N（取 g=10 m／s2）。
（1）若传感器 a 的示数为 14 N、b 的示数为 6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向。 （2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器 a 的示数为零。 【解析】传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知， 此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。 解：（1）如图所示，依题意：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=6.0 N。
k
自由电荷数，e 为电子电荷量，对固定的材料而言为定值，若令
1 ne
，则
U
k
IB d
，此
即课本给出的公式。
【例 4】 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、后壁上各安装一个由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 kg 的滑块可无摩擦滑动，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
A. 置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻 B. 置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C. 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是 光敏电阻
D. 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值 电阻