例析传感器在初中物理中的应用，本文主要内容关键词为：传感器论文,物理论文,初中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着现代技术的不断发展，各种传感器广泛应用于人们日常生活、生产中。近年来与传感器有关的题目在各地中考中已多次出现，下面就2006年出现的有关传感器的应用例析如下。
一、温度传感器的应用
温度传感器是应用最广泛的传感器之一，通常应用在空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器。其主要元件有热敏电阻、热电偶等。
1.热敏电阻测温仪
例1 （2006年济宁市）有一种半导体，其电阻的大小随温度的变化而明显改变，利用这种半导体材料制成的电阻叫热敏电阻，利用热敏电阻可以用来测量温度的变化，且反应快，精度高，李明同学想用热敏电阻设计一个电路，来检测他家蔬菜大棚内温度的变化，于是，他买来了一个热敏电阻，该热敏电阻的阻值随温度变化的图象如图1所示，他又到实验室向老师借来一块电流表、一个开关和6V的电源，请你利用这些器材帮他设计一个能直接观察大棚气温变化的电路。
(1)请你在方框中画出你设计的电路图。
(2)若将电流表刻度盘上的电流刻度换成相应的温度刻度，这样电流表就改造成了气温表，若电流表选用0～0.6A的量程，请你计算说明改造成的气温表的0℃应与电流表刻度盘的什么刻度对应？该气温表能测量的最高温度是多少？
(3)当大棚内的温度为 28℃时，该电路消耗的功率是多少？
图1
解析：(1)设计的电路图如图2所示。
图2
点评：本题综合考查了学生设计实验的能力、识图能力以及欧姆定律、电功率的计算。
2.热电偶测温仪
例2 （2006年北京市）图3甲是一种小型电热式烧制炉的电路示意图，其加热元件由入段相同的电阻丝组成，每段电阻丝的阻值均为4Ω，烧制炉设有高温、低温两档，通过开关实现两档的转换。用热电偶式温度计对炉内温度进行监测，图3乙是监测炉内温度的工作示意图。热电偶式温度计的原理如图3丙所示，两种不同的导体（如铂、镍）各取一端接在一起作为热点（
点）放在高温上，另一端作为冷点（
点）放在低温处，在低温处的A、B两点之间就会存在一定的电压，这就是热电偶。已知热电偶的电压与
两点间的温度差成正比。因此，若已知冷点的温度，就可以通过接在A、B两点间的电压的读数确定热点的温度。
图3
(1)这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由什么形式的能转化而来的？
(2)已知铂、镍热电偶式温度计热、冷两点间的温度差为100℃时，产生的电压为1.5mV，那么当冷点温度为20℃，电压表的示数为12mV时，炉内对应的温度是多少？
(3)若烧制炉使用的电源电压为220V，则该烧制炉高温挡的电功率是多少？
解析：(1)电能是由内能转化而来的。
(2)由于热电偶的电压与两点间的温度差成正比，则
例3 （2006年黄冈市）图4甲是周小平同学为学校办公楼空调设计的自动控制装置，R是热敏电阻，其阻值随温度变化关系如下表所示，已知继电器的线圈电阻
为10Ω，左边电源电压为6V恒定不变。电流表0～30mA量程接入电路，图4乙是电流表表盘。当继电器线圈中的电流大于或等于 15mA时，继电器的衔铁被吸合，右边空调电路正常工作。
温度t/℃ 0510
15
20
25
30
35 40
电阻R/Ω 600 550 500 450 420 390 360 330 300
图4
(1)该同学将电流表改成了温度表，通过计算并标出表盘上25℃的位置。
(2)为了节省电能，使温度达到30℃时空调才能启动制冷，电路中要串联多大电阻？
(3)为了给空调设定不同的启动温度，请你提出一种可行的、调节方便的措施。（改变电阻除外）
解析：(1)由上表可知，当温度为25℃时，热敏电阻的阻值为390Ω。
(3)使用调压器，改变电压；使用抽头旋转式线圈，改变继电器线圈匝数。
点评：本题主要考查了学生由图表获取信息、分析问题与解决问题以及发散思维的能力，同时也考查了电学中的欧姆定律。
二、力传感器的应用
力传感器在日常生活和生产中的应用非常多。如生活中常见的电子秤，汽车中油量监测装置，以及热水器中水量监测装置等。
1.电子秤
例4 （2006年扬州市）某物理兴趣小组自制一台电子秤。进行了下列探究活动：
(1)研究弹簧的特性。他们做了如图5甲的实验。根据实验数据作出了弹簧伸长x与拉力F的关系图象如图5乙所示。
图5
(2)设计方案：设计的原理图如图5丙所示，利用量程为3V的电压表的示数来指示物体的质量（电压表刻度盘如图5丁），弹簧（即图甲中使用的弹簧）的上端与变阻器的滑片和托盘连接（托盘与弹簧的质量均不计），O、A间有可收缩的导线。当盘中没有放物体时，电压表示数为零。
(3)分析与计算。已知滑动变阻器总电阻R=12Ω、总长度12cm。电源电压恒为6V，定值电阻=10Ω（不计摩擦，弹簧始终在弹性限度内，g取10N/kg）。求：①当物体的质量为100克时，电压表的示数是多少？
②该电子秤能测量的最大质量是多少？
③改装好的电子秤刻度与原来电压表表头的刻度有何不同？
解析：①当物体的质量为100克时，弹簧弹力F等于物体的重力G，即F=G=mg=1N。由图乙可知，弹簧被压缩2cm，此时滑动变阻器接入电路中的电阻为
点评：本题考查了力学中压力和压强的知识、热学中热量的计算以及电学中的欧姆定律，具有很强的综合性。
三、光传感器的应用
常见的光传感器有：光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等。光传感器应用十分广泛，如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火灾报警器等。
例6 （2006年北京市）如图7所示是某种光计数器的原理示意图，其中
的电阻值随着光照亮度的增大而减小，
为定值电阻，工件随传送带运动，使光源的光线间歇地照射，A、B两点间的信号处理系统每获得高电压时计数一次，下列说法正确的是( )
(A)光线照射时，信号处理系统计数
(B)光线照射时，信号处理系统不计数
(C)工件挡住光线，使两端的电压变小
(D)工件挡住光线，使两端的电压变大
图7
解析：光电计数器的工作原理是：当光照到光敏电阻上时，电阻减小，电路中的电流增大，两端电压升高，信号处理系统得到高电压，每由低电压转到高电压，计数器就计一次数，从而达到自动计数的目的。本题答案为(A)、(D)。
点评：本题联系实际生产，考查了学生分析问题、解决问题的能力。
综述分析：传感器的知识新颖，与我们的生产、生活息息相关，易与实际问题相联系。它既能综合考查力学、电学及热学方面的知识，同时也能考查学生收集与处理信息的能力、分析与解决问题的能力，因此将是今后中考的热点之一。