例题2：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原理 图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点，R0 是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金属丝 始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电 路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大小 有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左， OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源内电 阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数为I’ ，此时风力大小为F，试写出： R0 O A ①风力大小F与θ的关系式； 电 θ ②风力大小F与电流表示数I’ 的关系式。 源 B C D ③此装置所测定的最大风力是多少？ P
日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置， 例2.日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能 日光灯的启动器也可看成是一个热敏传感装置 器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？ 器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？ 解析：日光灯启动器结构如图所示， 解析：日光灯启动器结构如图所示， 内有一双金属片，热膨胀系数不同。 内有一双金属片，热膨胀系数不同。 开关闭合后， 开关闭合后，启动器两极之间有电 压使氖气放电而发出辉光， 压使氖气放电而发出辉光，辉光发 出的热量使U形动触片受热膨胀向外 延伸，碰到静触片接触，电路接通； 延伸，碰到静触片接触，电路接通； 温度降低时， 动触片向里收缩， 温度降低时，U动触片向里收缩，离 开触点，切断电路。 开触点，切断电路。
4.声电传感器 声电传感器 例题1.（ 上海试题） 用的话筒， 例题 （2003上海试题）唱卡拉 上海试题 唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中 用的话筒 内有传感器。 有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻 有一种是动圈式的， 小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中， 小的金属线圈 ， 线圈处于永磁体的磁场中 ， 当声波使膜片前后振 动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是( ) 动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是
例2.如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的 如图所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t 元件 关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能． 关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能．常见的电热灭蚊器 中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定 中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定 220V 电压下， 电压下，则（ AD） 通电后， A．通电后，其电功率先增大后减小 通电后， B．通电后，其电功率先减小后增大 当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变 D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1 到t2之间的某一 当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t 值不变
解： 原来
m F=10N
（1） ）
F
（2） ）
F
a3
a
mg F1 =6NFra bibliotekmg F2
a2
mg 上顶板示数为零， 上顶板示数为零，则弹 簧变短F≥10N F3=0 簧变短 F – mg = ma3 a3 ≥ 10m/s2 向上加速或向下减速， 向上加速或向下减速， 加速度a≥ 10m/s2。 加速度
向上做匀减速运 向下a=2m/s2 动a向下 向下 mg+F1-F=ma m=0.5kg
可测量飞机、 其结构如图所示。 例4:可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度 其结构如图所示。 可测量飞机 航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示 当系统绕轴OO′转动时，元件 发生位移并输出相应的电压信号， 转动时， 发生位移并输出相应的电压信号， 当系统绕轴 转动时 元件A发生位移并输出相应的电压信号 成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为 的质量为m， 成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知 的质量为 ，弹簧 的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。 的劲度系数为 、自然长度为 ，电源的电动势为 、内阻不计。滑 动变阻器总长也为l 电阻分布均匀，系统静止时P在 点 动变阻器总长也为 ，电阻分布均匀，系统静止时 在B点，当系 统以角速度ω转动时 试写出输出电压U与 的函数式 转动时， 的函数式。 统以角速度 转动时，试写出输出电压 与ω的函数式。 解：设弹簧伸长x , 则 ∴ x= m ω2 l ／ ( k-m ω2 ) 设滑动变阻器单位长度 的电阻为r1 U=IRx=Exr1 / l r1= Ex/ l ∴ U= Em ω2 ／(k-m ω2) A
第2节 传感器的应用
力电传感器: 力电传感器:主要是利用敏感元件和 变阻器把力学信号（位移、速度、加 变阻器把力学信号（位移、速度、 力学信号 速度等）转化为电学信号（电压、电 速度等）转化为电学信号（电压、 电学信号 流等）的仪器。力电传感器广泛地应 流等）的仪器。 用于社会生产、现代科技中，如安装 用于社会生产、现代科技中， 在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的 在导弹、飞机、 惯性导航系统及ABS防抱死制动系统 惯性导航系统及ABS防抱死制动系统 ABS 等。
输入 ＋ 力电转换器 － 输出 ＋ －
(1) 设计电路如图
(2) 测量步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为 测量步骤与结果: 调节滑动变阻器, 将砝码放在转换器上,记下输出电压U 零,②将砝码放在转换器上,记下输出电压U0,③将待测物放在转换 器上,记下输出电压U 器上,记下输出电压U 由U0=km0g,得k=U0/m0g g,得 g,所以 U=k m g,所以 m=m0U/U0
:
例1、如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关， 、如图所示是电饭煲的电路图， 是一个控温开关， 手动闭合后，当此开关温度达到居里点（ 手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会 ℃ 自动断开。 是一个自动控温开关，当温度低于70℃ 自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于 ℃时会 自动闭合；温度高于80℃ 会自动断开。 自动闭合；温度高于 ℃时，会自动断开。红灯是加热时 的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R 的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻 1＝R2＝ 500Ω，计算加热电阻丝 3＝50Ω，两灯电阻不计。 Ω 计算加热电阻丝R Ω 两灯电阻不计。 （1）分析电饭煲的工作原理。 ）分析电饭煲的工作原理。 2）计算加热和保温两种状态下消耗的电功率之比。 （2）计算加热和保温两种状态下消耗的电功率之比。 （3）简要回答，如果不闭合开关 1，能将饭煮熟吗？ ）简要回答，如果不闭合开关S 能将饭煮熟吗？
氖泡 静触片 U形动触片 形动触片
图1
电熨斗的构造
思考与讨论： ●常温下两触点是接触还是分离？ ●如何用调温旋钮来升高或降低电烫斗的工作 温度？
例3.电熨斗：利用双金属片温度传感器控制电路的通断. 3.电熨斗：利用双金属片温度传感器控制电路的通断. 电熨斗
四、温度传感器的应用——电饭锅 四、温度传感器的应用——电饭锅
O
ω
O′
输出电压U
P B S C
用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中， 例 5：将金属块 用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中 ， 如图所示 ， ： 将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中 如图所示， 在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。 在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动。 当箱以a=2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时， 上顶板的传 的加速度竖直向上做匀减速运动时， 当箱以 感器显示的压力为6.0N，下底板的传感器显示的压力为 感器显示的压力为 ，下底板的传感器显示的压力为10.0N。(取 。取 g=10 m/s2) m (1)若上顶板传感器的示数是下底板 若上顶板传感器的示数是下底板 传感器的示数的一半， 传感器的示数的一半， 试判断箱的 运动情况。 运动情况。 (2)要使上顶板传感器的示数为零 箱 要使上顶板传感器的示数为零,箱 要使上顶板传感器的示数为零 沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？ 沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？
上顶板示数是下 底板示数的1/2 底板示数的 弹簧长度不变 F=10N F2=5N mg+F2-F=ma2 a2=0 静止或匀速运动
传感器应用实例 二、声传感器的应用——话筒 二、声传感器的应用——话筒
（1）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。 （3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这 种话筒的优点是什么？ （4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？
传感器应用实例
一、力传感器的应用——电子秤 一、力传感器的应用——电子秤
U1
U2
阅读教材，思考并回答问题：金属梁 （1）电子秤用的测力装置是什么？它由什么元件组成？ （2）简述力传感器的工作原理。 （3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？
例1：某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该 某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器， 转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k 转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k）如图 所示，测量时先调节输入端的电压， 所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为 而后在其受压面上放上物体， 0；而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的 输出电压U 输出电压U。 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻 现有下列器材：力电转换器、质量为m 的砝码、电压表、 干电池一个、电键及导线若干、待测物体（ 器、干电池一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器 的受压面上）。请完成对该物体的测量m ）。请完成对该物体的测量 的受压面上）。请完成对该物体的测量m。 设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调， （1）设计一个电路，要求力转换器的输入电压可调，并且使电压 的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。 的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图。 （2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量 简要说明测量步骤，求出比例系数k m。 受压面 请设想实验中可能会出现的一个问题。 （3）请设想实验中可能会出现的一个问题。