認識傳感器

【教學目標】

一、知識與技能

1．了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義。

2．了解傳感器的種類，知道傳感器的組成與應用模式。

二、過程與方法

通過對實驗的觀察、思考和探究，讓學生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同

時，經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的觀察能力、實踐能力和創新思

維能力。

三、情感、態度與價值觀

體會傳感器在生活、生產、科技領域的種種益處，激發學生的學習興趣，拓展學生

的知識視野，并加強物理與STS的聯系。通過動手實驗，培養學生實事求是的科學態

度、團隊合作精神和創新意識。

【教學重點】

了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義。

【教學難點】

傳感器的組成與應用模式。

【教學過程】

一、新課導入

教師：今天我們生活中常用的電視、空調的遙控器是如何實現遠距離操縱的？樓梯

上的電燈如何能人來就開，人走就熄的？工業生產中所用的自動報警器、恒溫烘箱是如

何工作的？“非典”病毒肆虐華夏大地時，機場、車站、港口又是如何實現快速而準確

的體溫檢測的？所有這些，都離不開一個核心，那就是本堂課將要學習的傳感器。

二、新課教學

（一）神奇的傳感器

演示實驗：如圖所示，小盒子的側面露出一個小燈泡，盒外

沒有開關，當把磁鐵放到盒子上面，燈泡就會發光，把磁鐵移開，

燈泡熄滅。

教師提問：盒子里有怎樣的裝置，才能實現這樣的控制？

學生猜測：盒子里有彈性鐵質開關。

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師生探究：打開盒子，用實物投影儀展示盒內的電路圖，了解元件“干簧管”的結

構。探明原因：當磁體靠近干簧管時，兩個由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，

電路導通，干簧管起到了開關的作用。

教師點撥：這個裝置反過來還可以讓我們通過燈泡的發光情況，感知干簧管周圍是

否存在著磁場。我們把這種器件或裝置叫做傳感器。

1．傳感器：能像人的感覺器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規律和要求把

這些信息轉換成可用輸出信息的器件或裝置。

2．傳感器在生活中的實例

（1）“聲控—光控”開關

（2）自動門

（3）便攜式酒精檢測儀

教師簡單講解其原理，引出以下知識：

3．傳感器與人體器官的對比

上述例子中都應用了傳感器，傳感器的功能與人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等功能

相似。人類是借助感覺器官從外界獲取信息的，并由神經系統將這些信號傳遞給大腦，

在人腦中將這些信息進行處理，然后發出命令傳遞給肌體，做出動作。如果用機器完成

這一過程，計算機相當于人的大腦，執行機構相當于人的肌體，傳感器就相當于人的“五

官”。實際上，有些傳感器還具有“超人”的本領。這里所說的“超人”的本領是指傳

感器不僅可應用于高溫、高壓、輻射等惡劣環境，還可檢測出人類五官不能感知的各種

信息，如微弱的磁、電、離子和射線的信息等。利用傳感器的這些本領，可以制成形形

色色的機器人，承擔人類難以直接完成的任務。

傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定

的規律轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉換成的可用信號是電壓、電流等

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電學量，或轉換為電路的通斷。把非電學量轉換為電學量，可以很方便地進行測量、傳

輸、處理和控制。

思考與討論：

（1）傳感器的使用使我們的生活更加方便、安全和舒適。生活中，你還發現哪些

地方使用了傳感器？

（2）請你根據需要大膽地設想：在家里、學校和生活的社區，什么地方應該安裝

傳感器？這些傳感器要起什么作用？

（二）傳感器的種類

教師針對以上的思考與討論總結傳感器的種類，并分別舉例：

1．物理傳感器：力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等

如：利用溫度傳感器制成的電子體溫計、利用壓力傳感器制成的電子秤

2．化學傳感器：離子傳感器、氣體傳感器等

如：利用電化學氣體傳感器制成的可燃氣體報警器

3．生物傳感器：酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器等

如：利用葡萄糖生物傳感器制成的血糖儀

一般傳感器并不單一使用，我們常用的手機就有多個傳感器。

（三）傳感器的組成與應用模式

1．傳感器的基本部分：敏感元件、轉換元件

敏感元件：能直接感受或響應外界被測非電學量的部分。

轉換元件：能將敏感元件輸出的信號直接轉換成電信號的部分。

應該指出的是，并不是所有傳感器都能夠明顯地區分敏感元件和轉換元件。如果敏

感元件直接輸出的是電學量，它就同時兼為轉換元件。這種敏感元件和轉換元件二者合

一的傳感器是很多的。例如，熱電偶、壓電晶體等都是這種形式的傳感器。

被測非電學量信號經敏感元件和轉換元件作用后，所輸出的電信號一般都很微弱，

難以帶動執行機構去實現控制動作，因此要通過信號調整與轉換電路把這個電信號放大。

如果需要遠距離傳送，還要把它轉換成其他電信號以抵御外界干擾。

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如何應用從傳感器獲得的信號呢？可以用指針式電表或數字屏等顯示測量的數據；

也可以用來驅動繼電器或其他元件，來執行諸如打開管道的閥門、開通或關閉電動機等

動作；還可以由計算機對獲得的數據進行處理，發出更復雜的指令。

2．傳感器應用的一般模式可如圖所示：

思考與討論：

話筒是一種能夠將聲音信號轉換為電信號的傳感器。電容式話筒利用電容器的電容

與極板間距離的關系來工作。你能根據它的工作過程說說各組成元件的作用嗎？

學生思考討論，教師總結：

聲波使振動膜發生振動，振動膜作為敏感元件，感受聲音信號的變化，與固定電極

組成的電容器相當于轉換元件，將聲音信號的強弱轉換成電容器的電容變化。把電容器

接入含有電阻、電源的轉換電路中，由于電容器的電容不斷發生變化，電容器產生充、

放電電流，加載在電阻R兩端的電壓也隨之變化。這樣，信號最后經過轉換電路就被

輸出為便于測量和處理的電壓信號，用于顯示、記錄等。

（四）拓展：機器人

根據機器人的結構和功能，可以粗略地把它們分為三代。

第一代機器人對外界沒有感覺，只能按照編好的程序，由內部的計算機安排它的動

作，例如汽車生產線上用于點焊的機器人。

第二代機器人有了感覺，它身上安裝的傳感器能起到人的感官的作用。

第三代是智能機器人，是人們夢寐以求的，也是當前正在努力發展的。它以人工智

能理論和現代信息技術為基礎，能夠自主地從經驗中學習，不斷完善自身的程序，增強

自己的功能。

機器人的種類很多。應用最廣泛的是工業機器人，它們能把人從繁重的體力勞動和

危險的環境中解放出來，極大地提高了生產率。服務型機器人主要用于清潔、加油、導

盲、搶險等方面。它們通常具有一個移動平臺，其上有操作臂，還安裝了觸覺、視覺、

聽覺及超聲測距等傳感器，能夠識別周邊的環境、判斷自己的運動。醫療機器人是近些

年來發展迅速的一個新領域。醫療機器人能夠幫助醫生做復雜的手術，減輕醫生的疲勞，

保證手術的精確和成功。空間機器人是最復雜、最昂貴的機器人，用于探測太空，我國

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探月工程中使用的玉兔號巡視器就是一個典型代表。

三、鞏固練習

1．傳感器廣泛應用在我們的生產生活中，常用的計算機鍵盤就是一種傳感器。如

圖所示，鍵盤上每一個鍵的下面都連一小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另

一小的固定金屬片，這兩金屬片組成一個小電容器。當鍵被按下時，此小電容器的電容

發生變化，與之相連的電子線路就能夠檢測出哪個鍵被按下，從而給出相應的信號。這

種計算機鍵盤使用的是（）

A．溫度傳感器

B．壓力傳感器

C．磁傳感器

D．光傳感器

2．傳感器擔負著信息采集的任務，它可以（）

A．將力學量（如形變量）轉變成電學量

B．將熱學量轉變成電學量

C．將電學量轉變成光學量

D．將電學量轉變成力學量

3．全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該水位自動感應裝置采用的傳感

器是（）

A．溫度傳感器B．壓力傳感器

C．生物傳感器D．紅外線傳感器

4．用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的