学 问（下） ２００９・３ 高中物理传感器的应用 陈振文 （秦皇岛市抚宁县第一中学河北秦皇岛２０００８２） 【摘要】传感器作为信息采集重要元件，在自动控制、信息处理 例３：如图３是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感 等技术中发挥着重要的作用，而近年来关于传感器的高考题也越来 器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的 越多。本文将对热电、光电、声电、力电等几种类别传感器的原理进行 金属层，膜后距膜几十微米处有一 分析并结合传感器典型例题的练习展开阐述。 金属板，振动膜上的金属层和这个 【关键词】传感器；元件；电信号 金属板构成电容器的两极，在两极 间加一电压Ｕ，人对着话筒说话 传感器是指能将所感受到的物理量（如力、热、光等）转换成便于 时，振动膜前后振动，使电容发生 测量的量（一般是电学量）的一类元件，其工作过程是通过对某一物 变化，导致话筒所在电路中的其它 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 量发生变化，使声音信号被话筒转 陶３ 号。传感器可以根据其利用的元件进行分类（如电容传感器、电阻传 化为电信号，其中导致电容变化的 感器等），也可以按其转换的信号来分类（如光电、热电传感器等）。 原因可能是容器两板间的（Ａ） １．热电传感器： （Ａ）距离变化 （Ｂ）正对面积变化 热电传感器是指将温度信号转换成电信号的一类传感器，一般 （ｃ）介质变化 （Ｄ）电压变化 有两类：一类是随温度变化引起传感器中某个组件形状的变化（如热 解析：这个声电传感器又可归到电容传感器中。由题意对着话筒 胀冷缩）达到转换信号的目的；还有一类是随温度变化引起电阻的变 说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器 化（如半导体材料中热敏电阻随温度升高电阻减小）达到转换信号的 两极板间距改变，故导致电容变化的原因可能是容器两极间的距变 目的。 变化，选Ａｏ 例１：给你如下器材：热敏电阻、电铃、电源继电器，滑动变阻器， ４．力电传感器： 开关和导线若干。试从所给器材中选用一些器材制作一个高温自动 力电传感器是将力信号转换为电信号的一类传感器，如： 报警器，要求是：不必要的器材尽量不用，画出电路图。 例４：如图４所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示 解析：选择热敏电阻、电铃、 意图。薄金属片Ｐ固定有４个电阻Ｒ１、Ｐ，２、Ｒ３、Ｒ４（如图５所示），左 电源继电器及导线若干，连接电—‘‘—。 边是它的侧面图这四个电阻连接成电路如图６所示，试回答下列问 路如图１。 新特。至 兰： 题： 原理：当温度升高，热敏电阻 ｔ ｔ强 （１）开始时金属片中央Ｏ点未加任何压力，欲使电压表无示数， 电阻减小，磁铁磁性变强螺线管中电流增大，衔铁被吸下，与触 电熟敏电阻０ｉ． ｌ则４个电阻应满足怎样的关系？ ｌ ｌ ｌ ， （２）当０点加一个压力Ｆ后发生形变，这时４个电阻也随之发 头接触，含电铃电路闭合，电铃鸣 ｒ一骨ｌ 生形变，形变后各电阻大小如何变化？ 响报报警。—— — （３）电阻变化后，电阻的Ａ、Ｂ两点哪点电压高？它为什么能测量 在热电传感器中要注意热敏 电压？ 电阻的电阻值是随温度升高而减小，抓住这特性，再结合电学知识就 解析： 能够分析出设计原理并用以解题。 ２．光电传感器： 光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器，一般以 光敏电阻为主要元件，因为光敏电阻电阻值随光照加强而减小，将光 敏电阻连接到电路中时，光照改变就会引起电路中其它电学量的改 玺 ⑧单 变，从而将光信号转换为电信号。 例２：给你光电管、电磁继电器、直流电源、开关、照明电路、路灯 （１）本题是电路中Ａ、Ｂ两点间电压与４个电阻的关系，由于电 及导线，设计一个用于街道的路灯自 压表的电阻可看作无穷大，因此本电路是Ｒｌ、Ｉｔ２的串联电路与Ｒ３、 动控制开关，达到日出路灯熄，日落路 Ｒ４的串联电路并联，伏特表电路相当于一根电桥。要使伏特表无读 灯亮的效果。并说明设计原理。 数，即Ａ、Ｂ两点电势相等则有：Ｒ１／Ｒ２＝Ｒ３／Ｒ４或Ｒ１Ｒ４＝ｆｔ２Ｒ３。 解析：设计电路如图２，当光照加 （２）当。点加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电 强时，光电管电阻变小，通过线圈的电熬罐电阻 阻是固定在金属片上的（由上图），因此Ｒｌ、Ｒ４被拉长，Ｒ２、Ｒ３被拉 流变大，电磁铁磁性变强，把衔铁吸 宽，根据电阻定率，则Ｒｌ、Ｒ４增大，Ｒ２、Ｒ３减小，显然，这时Ａ、Ｂ两 下，当光照减弱时，脱离触点，照明电路断开，灯熄灭；光电管电阻变大，电流 萌ｌ电铬 点电压不再相等。 （３）电阻增大，电压降增大，电阻减小，电压降减小，故在Ｒｌ、Ｒ２ 减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧弹回与触点接触，照明电路接通， 的串联电路上Ｒ１上的电压降增大，Ｒ３、Ｒ４串联电路上Ｒ３电压降减 灯亮。因此就可做到日出灯熄，日落灯熄。 小，所以Ａ点电压高于Ｂ点电压。测量血压时，血压越高，压力Ｆ越 ３．声电传感器： 大，金属片形变越显著，电阻变化越大，因而电压表示数越大，于是就 声电传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器，常见 能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了。当然在实际上由于 的电容式话筒和动圈式话筒都是声电传感器。 （下转第１３３页） 一１３２— 学 问（下） ２００９・３ 让开放式思想融入班级管理 王晓薇 （连云港市郁林小学 江苏连云港２２２０００） 【摘要】班级管理中实行开放式教育，既是新课程改革的必然 管理方式。班级管理事务可谓繁锁，班主任须事事亲力亲为。我认为 要求。也是促进学生自我良好品德形成的一个需要，更体现了新课标 这样的管理方式既增加班主任工作的负担，又违背了新课改的管理 ”以学生的发展为本”的教育新理念。”开放式”班级管理是针对传 理念。剥夺了学生培养管理能力的机会，这并不利于培养学生的综合 统的由教师包办代替的封闭式班级管理而提出来的。 素质，更不利于学生的成长。新的教育理念呼唤教育应让学生”学会 【关键词】班级管理；转变观念；开放式 学习，学会生活，学会生存”。要让学生”学会”就必须给他们足够的 时间和空问，让他们在实践中”学会”，这才是真正的”学会”。如果 班级管理中实行开放式教育，既是新课程改革的必然要求，也是 从小就剥夺了他们”学会”的机会，那么长大以后又能如何”学会 促进学生自我良好品德形成的一个需要，更体现了新课标”以学生 ”？ 的发展为本”的教育新理念。”开放式”班级管理是针对传统的由教 ”开放式“的管理方式就是班级事务让学生自主管理，给他们 师包办代替的封闭式班级管理而提出来的。 时间和空间，让他们在实践中学会管理。这就要求我们教育工作者以 首先班主任自己必须转变观念。成为名副其实的”平等中的首 宽容的心接纳学生在管理过程中所出现的种种问题，不管结果好或 席”，班主任必须从学生的心眼着手，近其心，与学生接接触，是师生 是不好，都要以发展的目光评价和引导学生解决管理过程所出现的 关系融洽。让学生从中感受温情，从而与学生心灵相通。这样就能为 种种问题。这样既体现了学生在管理过程的主体地位，也体现了教师 构建一种平等民主和谐的师生关系和氛围良好的开放式环境创造良 引导的主体地位。而且真正能够培养学生的管理能力，让学生真正的 好的条件。人都是有自尊的，都有自我实现的需要，我们的学生虽小， 学会管理，也能为班主任”减负”。何乐而不为？ 但也是很迫切的。班主任要通过表扬和激励给予学生这方面的需要。 班级管理，是一种对学生的管理，它的最高境界是学生的自我管 使学生觉得脸上有光，心情愉悦，促使学生进步。如班主任与学生一 理，是发现和肯定。班级就是一个小社会，可以容纳无限的智慧。有时 起制定班有活动计划，一起设计主题班会，并由学生自己主持班会； 我想，教师就是驾控一叶扁舟行进在急浪中的人，只有不断搏击，谨 每个小组都拥有一块墙报园地，由学生自己组稿、出版；轮流管理教 慎行船，才有避免被风浪吞没的危险。驾控技巧就是管理艺术，需要 室卫生，做集体的小主人，置身于一种宽松、和谐、民主、创新的情境 我们不断总结，不断升华。相信”开放式”的管理方式随着应新课程 中，受到熏陶、培养，形成丰满的个性。形成自我管理、自我教育的能 改革的发展趋势，将会越来越显示它的优越性。 力。 现在班级事务几乎须班主任亲自管理监督才能达到管理目的的 （匕接第１３２页） 电容变化时。便会引起振荡频率的变化，而此电容器电容的变化是由 金属片形变较小，所以电阻变化也较小，Ａ、Ｂ两点问电压还要经过放 于液体和导线芯的正对面积的变化即液面的升降引起的，且随液面 大才能通过电表指示出来，有的还可以转换成数字显示出来。 升高电容变大，故可以通过振荡频率的变化来探知液体深度的变化， ５．其它传感器： 即将液体深度的信号转换成了振荡频率信号。 除以上这些传感器外，还有将除力、热、光、声外信号转换成电信 （１）液面位置降低。（２）导体芯线电势是正在降低。 号的传感器，如下面例子： 以上所举的传感器例子虽然各不雷同且在传感器问题中也只能 例５：如图７所示的是通过电容器的变化来检测容器内液面高 窥一斑，但分析思路却有共同点：因为传感器工作过程都是通过对某 低的仪器示意图，容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，中间 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 的导体芯柱是电容器的另一个电极，芯柱外面套有绝缘管作为电介 信号，故在分析过程中只要把握住该元件相对敏感信号的变化关系， 质，电容器的这两个电极分别用振荡电路 再分析该元件的变化对其所处环境的影响，就能将传感器的原理分 产生电磁振荡，根据其振荡频率的高低（用 析出来并用以解题。通过对传感器问题的练习，有助于提高学生的思 与该电路相连的频率计显示）就可知容器 考能力及将知识实际应用的能力，开阔学生的眼界。 中液面位置的高低。 姚 （１）如果频率计显示该振荡电路的振 荡频率变大了，则液面是升高了还是降低 体 责任编辑：张子佳 了？ 固７ （２）容器内的导电液体与大地相连，若 某一时刻线圈内磁场方向向右，且正在增 强。则此时导体芯柱的电势是正在升高还是降低？ 解析：由题意可知导电液体和导线芯为两极板绝缘管为电介质 构成一个电容器。此电容器与线圈组成一个Ｌｃ振荡电路，当电容器 一１３３一