第五章 第 1 节 认识传感器
2013 年 12 月 14 日，我国探月工程中的嫦娥三号怀抱玉兔号巡视器成功落月。第二天，可爱俏皮的玉兔号从嫦娥三号中走出。面对陌生的环境，玉兔号是如何观察的？行走时，它是如何感知障碍和自身姿态的？经过漫漫的寒夜，它又是如何被唤醒的？
玉兔号在月球上的工作离不开各式各样的传感器。其实，不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。要想知道这其中的道理，就要学习一些有关传感器的知识。
没有今日的基础科学，就没有明日的科技应用。
—李政道 [1]
第五章 第一节 认识传感器
问题？
小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。
盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？
原来，小盒子中有一种叫作“干簧管”的元件（图 5.1–1 甲），它的结构很简单，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时（图 5.1–1 乙），两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。干簧管是一种能够感知磁场的传感器。那么，到底什么是传感器？
神奇的传感器
下面我们来看几个生活中的实例。
晩上，当我们进入黑洞洞的楼道时，一跺脚，楼道灯自动开启，但是这种情况在白天却不会发生。这是为什么？这是因为楼道的灯安装了“声控—光控”开关。这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。
一些宾馆安装了自动门（图 5.1–2），当人走近时，门会自动打开；当人离开时，门会自动关闭。自动门为什么会这样“懂礼仪”呢？原来，有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出使自动门开关启动的命令。这种装置就是红外线传感器。
交通警察在检查司机是否酒后开车时，会让司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度（图 5.1–3）。这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。
上述例子中都应用了传感器，传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。人类是借助感觉器官从外界获取信息的，并由神经系统将这些信号传递给大脑，在人脑中将这些信息进行处理，然后发出命令传递给肌体，做出动作。如果用机器完成这一过程，计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体，传感器就相当于人的“五官”（图 5.1–4）。实际上，有些传感器还具有“超人”的本领。这里所说的“超人”的本领是指传感器不仅可应用于高温、高压、辐射等恶劣环境，还可检测出人类五官不能感知的各种信息，如微弱的磁、电、离子和射线的信息等。利用传感器的这些本领，可以制成形形色色的机器人，承担人类难以直接完成的任务。
在现代技术中，传感器（sensor）是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
思考与讨论
传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适。生活中，你还发现哪些地方使用了传感器？
请你根据需要大胆地设想：在家里、学校和生活的社区，什么地方应该安装传感器？这些传感器要起什么作用？
传感器的种类
传感器的种类很多（图 5.1–5），作为一门知识密集型技术，它与许多学科有关：有的利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器；有的利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等化学传感器；有的利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。
在林林总总的传感器世界中，大多数传感器是以物理原理为基础制作的。这类传感器种类最多，应用领域也最广泛。例如，一部普通的智能手机中就安装有十几种传感器（图 5.1–6），能感受声音、图像、压力、磁场、加速度等各种信息。它们原理各异，分类方法也不同。根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器；根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
传感器的组成与应用模式
传感器种类繁多，工作原理各异，外观和结构也千差万别，但是，传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。
敏感元件是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分；转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。它们分别完成检测和转换两个基本功能。
应该指出的是，并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。这种敏感元件和转换元件二者合一的传感器是很多的。例如，热电偶（图5.1–7）、压电晶体等都是这种形式的传感器。
被测非电学量信号经敏感元件和转换元件作用后，所输出的电信号一般都很微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要通过信号调整与转换电路把这个电信号放大。如果需要远距离传送，还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。
如何应用从传感器获得的信号呢？可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。概括起来，传感器应用的一般模式可如图 5.1–8 所示。
思考与讨论
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。图 5.1–9 乙是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片（固定电极），它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗？
声波使振动膜发生振动，振动膜作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻 R 两端的电压也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等。
科学漫步
机器人
1920 年，捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小说中构思了一个机器人，名字叫 Robot。它可以不吃饭，却能不知疲倦地工作，展现了人类持续多年的一种愿望。
1947 年，世界上第一个机器人在美国诞生。这是一台为反应堆搬运核燃料的简单机器，代替人来从事危险的工作。此后，由于现代制造业的需求，有关机器人的研究迅速发展起来。图 5.1–10 是几个机器人的实例。
根据机器人的结构和功能，可以粗略地把它们分为三代。第一代机器人对外界没有感觉，只能按照编好的程序，由内部的计算机安排它的动作，例如汽车生产线上用于点焊的机器人。第二代机器人有了感觉，它身上安装的传感器能起到人的感官的作用。例如，利用光传感器能让机器人沿着地面上画出的白色轨迹运动；利用图像传感器能让机器人产生视觉来识别烧杯和铁块，当它的手拿着烧杯时，力传感器产生触觉会使它的手指感知压力和滑动，从而既能拿住又不会捏碎。第三代是智能机器人，是人们梦寐以求的，也是当前正在努力发展的。它以人工智能理论和现代信息技术为基础，能够自主地从经验中学习，不断完善自身的程序，增强自己的功能。
机器人的种类很多。应用最广泛的是工业机器人，它们能把人从繁重的体力劳动和危险的环境中解放出来，极大地提高了生产率。服务型机器人主要用于清洁、加油、导盲、抢险等方面。它们通常具有一个移动平台，其上有操作臂，还安装了触觉、视觉、听觉及超声测距等传感器，能够识别周边的环境、判断自己的运动。医疗机器人是近些年来发展迅速的一个新领域。医疗机器人能够帮助医生做复杂的手术，减轻医生的疲劳，保证手术的精确和成功。空间机器人是最复杂、最昂贵的机器人，用于探测太空，我国探月工程中使用的玉兔号巡视器（章首图）就是一个典型代表。
随着机器人技术的发展与进步，机器人变得越来越“聪明”，它们是否有一天会完全取代人类的工作？人类的前途是否堪忧？实际上，科技本身并没有好坏之分，是人类决定了如何去使用它。面对科技进步，人类应该衡量和思考，该如何运用这些技术才会对社会更有益，使世界变得更加美好。
练习与应用
本节共设置 3 道习题。第 1 题要求学生能用自己的话概括出传感器的概念，描述其作用，答案具有一定开放性。第 2 题要求学生在课堂学习的基础上结合日常经验举例说明传感器的原理，是一道完全开放性的题目。第 3 题要求学生选用合适的传感器，本题也有一定开放性（传感器有不同角度的分类）。
1．什么是传感器？它的作用是什么？简述一下你对传感器的认识和理解。
参考解答：传感器是能够将感受到的非电学量，按一定规律转换成电学量输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件和转换元件合二为一的也很多。传感器种类很多，根据其利用的物质的特性不同可分为：物理传感器、化学传感器、生物传感器。根据其被测量的不同可分为：声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。根据具体工作原理的不同可分为：电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
2．请列举一个你认为很“神奇”的利用传感器工作的例子，简单说明它的原理。
参考解答：举两例供参考。（1）红外线传感器在自动门中的应用：当人们接近门的时候，传感器识别人体的红外线传递给驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭。（2）电容式触携屏中传感器的应用：电容式触揽屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触揽屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导休，导体层和手指构成了电容式触摸屏的两极，形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触点，位于触摸屏后的控制器便会根据电流算出触摸点的位置。
3．以下工作中，你认为要用什么传感器？
（1）让孵化器在一定温度下孵化禽蛋；
（2）电梯超出负载时，发出报警提示；
（3）使汽车排放符合国家标准的尾气。
参考解答：（1）温度传感器（热电式传感器）
（2）压力传感器（或压电式传感器）
（3）气体传感器
[1] 李政道（1926 — ），美籍华裔物理学家，1957 年与杨振宁共同获得诺贝尔物理学奖。
第五章 传感器
课程标准的要求
2.4.1 知道非电学量转换成电学量的技术意义。
2.4.2 通过实验，了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作简单的自动控制装置。
2.4.3 列举传感器在生产生活中的应用。
一、本章教材概述
传感器技术是当今世界一项令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术。实际上，在我们身边就大量地使用各种各样的传感器。例如，电视机、空调的遥控装置中使用着光学传感器；话筒是一种将声音信号转换为电信号的传感器；电饭锅、电熨斗、电冰箱中使用着温度传感器；等等。传感器是电磁学研究的重要技术应用。在高中物理电磁学内容即将结束时，本章的主要目的是使学生对传感器知识有一个初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。
课程标准对传感器的要求，较大的变化是：降低了对传感器工作原理的要求，由“知道”降为“了解”；增加了利用传感器动手制作简单的自动控制装置的要求，并且将“利用传感器制作简单的自动控制装置”定位为学生必做实验。
围绕以上变化，本章教材与 2004 年版《普通高中课程标准实验教科书物理》相比，在结构内容和栏目设计上均有调整，有以下几个显著变化。
一是结构方面的变化。本次修订最主要的结构变化是在充分尊重课程标准要求的前提下，重新拆分了原教材结构。修订后的第 1 节“认识传感器”定位在让学生初步了解什么是传感器，对传感器有一个整体、系统的初步认识，整合了原第 1 节“传感器及其工作原理”和第 2 节“传感器的应用”相关部分的内容，让学生体会物理知识在技术中的应用以及物理对技术的影响。第 2 节“常见传感器的工作原理及应用”是在原教材第 1 节和第 2 节内容的基础上，将常见传感器原理与其应用合并为一节，重新组织了知识脉络。围绕光、热、力、磁的编写线索，分别以光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻、电阻应变片、霍尔元件等传感器元件为代表，介绍常见传感器的工作原理，适当降低部分传感器原理解释的难度，同时为所介绍的传感器配备了相应的应用实例，使学生同时从原理和应用两个层面认识传感器。其中“霍尔元件”作为拓展学习的内容，供学有余力的学生学习，弹性兼顾学生掌握的范围。
二是实验的变化。鉴于课程标准中没有对逻辑电路的要求，以及原教材的实验电路电流流向复杂等问题，修订后的教材提供了两个不同难度的实验，即门窗防盗报警装置和光控开关，教师和学生可以按实际教学条件进行选择。难度稍低的门窗防盗报警装置实验，是利用干簧管作为传感器完成自动控制的，它是中学阶段较为简单且易于实现的一种方案，能够适用于普遍的需求。难度稍高的光控开关实验方案，把原教材利用施密特触发器实现的光控开关修改为利用最简单的三极管控制的开关电路。虽然三极管对学生而言也是一种新的元件，但它已是最为基础的控制元件，有必要进行介绍。由该实验方案还可以扩展为利用三极管制作其他的简单自动控制装置，例如温控系统等，真正为学有余力的学生留出创造和制作的窗口。
由于学生必做实验中不再需要使用逻辑电路，因此，删除了原教材关于一些元件的原理和使用要点的附录。电路的制作可以不局限于使用面包板等实验装置，实际教学中教师可以灵活掌握制作和调试电路的方式。
三是栏目编排方面的变化。由于教材结构和难度的调整，在保证知识脉络与呈现系统性的前提下，将原教材一部分正文内容调整到习题栏目当中，例如，电饭锅、烟雾报警器等传感器应用实例。在正文内容的基础上，习题中这些成熟的联系实际的例子，可作为本章课外开放学习的重要入口，引起学生联系实际的学习兴趣。另外，本章中的习题情境也是对认识传感器的重要补充，教学中应注意加以利用，有效发挥其功用。
四是章首图的变化。章首图由原教材的勇气号火星探测器更换为我国探月工程中的玉兔号巡视器。这一改变彰显了我国近年来在航天等领域的科技进步和不断突破，突出时代特色，是树立学生民族自豪感和文化自信的好素材。同时，配文结合玉兔号官方微博发布信息的拟人化特点，以生动活泼的语言引起学牛的学习兴趣。
具体来说，在编写本章时还有以下思考。
1．重视联系实际，突出科学、技术与社会的密切关系
传感器在现代生活和科技活动中的应用已经非常普遍，教材对此颇为重视。在引入传感器概念之前，教材列举了声控光控开关、自动门、酒精检测仪等生活实例；通过增设“思考与讨论”栏目探讨生活中使用传感器的场合等问题；此外，还有相当丰富的联系实际的习题，让学生感受科学、技术与社会的密切关系。
教学中，在让学生列举传感器的各种应用事例的同时，还要让学生认识传感器的应用对社会发展所起到的重要作用。这方面的内容所涉及的范围是相当广泛的，如经济、文化、人际关系、社会结构等，注意展现科学的人文价值。讨论中，要鼓励学生发表不同的意见和设想，既要肯定正面的作用，又要关注如何防止负面的影响。
2．突出传感器的作用，强化传感器技术的系统性
传感器位于外界研究对象与测控系统之间的信息接口位置，它是被测量信号输入的第一道关口。教材将传感器的功能作用与人的五官类比，便于学生理解。外界信号由非电学量转化为电学量后，通常需要进行信号调整及放大等处理。在第 1 节“认识传感器”中，增加了传感器组成的内容，并与传感器应用的一般模式相结合，从系统上阐述传感器工作的共有特征。从传感器的组成和应用出发，强化传感器的系统性。同时，利用新增的电容式话筒的内容，通过“思考与讨论”栏目巩固理解传感器的组成与应用模式。以上内容能够使学生在初步了解传感器的作用后，从系统的层面，提高对传感器的认识。
3．立足核心素养，注重渗透科学思维的培养
长期以来，物理教学非常重视基础的理论知识，研究了许多理想模型，这是非常必要的。但是，学生的技木知识甚至于技术常识却十分贫乏。即使安排了一些物理实验和有关高新技术发展的阅读材料，在实际教学中往往也难以落实。而实际上，传感器的内容也是落实好物理学科核心素养的重要抓手。通过对传感器的学习，能使学生进一步体会物理学中的物质观念和能量观念，以及物理学的发展为科学技术的发展提供了有力的基础支撑。
要落实核心素养，需要学生在真实情境中提出问题、分析问题、解决问题。对传感器的教学，教材中的每个应用案例都面向真实情境，可以从实际应用的需求出发提出问题，分析传感器检测与转换信号的工作过程，综合运用所学的知识来解决所面向的需求问题。
同时，本章在科学思维的培养方面也是很好的素材。例如，在第 1 节“认识传感器”中，增加了传感器种类的介绍。分类思想是一种重要的科学思维，根据不同的分类角度与依据，传感器分类问题实际很复杂，也不统一。教材根据不同学科领域，分别列举了一些物理传感器、化学传感器、生物传感器的例子。增加分类的内容并不是要增加学生对内容理解的负担，其目的是让学生体会物理学对技术的贡献。同时，该部分内容对培养学生的归纳能力能起到一定的示范作用。教学中应该鼓励学生广泛阅读传感器资料，从不同方面重新对传感嚣分类，可以教材中新增的智能手机中的传感器为例，组织教学，不仅与学生实际生活联系紧密，在某种意义上，也是对学生科研能力的一种培养。
再如，在第 2 节“常见传感器的工作原理及应用”中，在介绍了常见的光、热、力敏元件后，总结归纳了电阻式传感器的工作共性，并由此借助“思考与讨论”栏目，让学生利用已有的知识图景，迁移分析电容式传感器的工作过程，渗透了归纳推理、演绎推理和类比推理等科学思维。
4．侧重物理原理，培养学生的实践意识
本章虽然对理论知识要求不高，且有关技术的内容十分丰富，但是在教学要求上不同于技术课程。它侧重于物理原理在传感技术中的应用，让学生通过观察，了解运用传感器解决生产生活中的某些需求的过程，体会到应用技术的重要性，了解和学习一些比较简单的技术知识。特别是利用传感器制作简单的自动控制装置，需要学生经历对装置进行功能需求分析，确定电路控制逻辑，设计并制作实验电路等过程，这是培养学生实践意识的良好契机。
教学中应注意创造条件和教学环境，让学生主动参与，多观察、多动手、多思考。学生在开始时可能不适应这部分学习内容，教师要先引导他们突破某个事例，领会研究方法，形成自信心，然后就可以放手学习其他的内容，把这一章的学习变成兴趣盎然、没有负担的物理课。
课时安排建议
第 1 节 认识传感器 1 课时
第 2 节 常见传感器的工作原理及应用 2 课时
第 3 节 利用传感器制作简单的自动控制装置 2 课时
第 1 节 认识传感器 教学建议
1．教学目标
（1）感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置，知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。
（2）了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式。
（3）知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。
2．教材分析与教学建议
本节教材通过列举生活中常见的一些传感器实例以及应用的场景，引入了传感器的概念，并尝试从不同角度对其分类，介绍了传感器的基本组成和一般应用模式。传感器既是学生物理、化学、生物知识的综合应用实例，又是当前人工智能领域的重要基础性器件和装置，在理论和实践之间架设了一个桥梁，对增强学生理解自然科学对社会进步的推动作用有重要的意义。
本节的重点和难点是理解传感器的基本组成和一般应用模式。这是因为学生基于实际情境经过提炼、抽象、转化后建立物理模型的思维转换能力和经验均还有所欠缺，建议教师在教学中，加以引导和培养。
这部分内容虽然偏向于技术应用，但却是学生学习完电磁学相关知识后的具体应用实例，不仅体现了科技性和时代性，还体现了物理学对人类发展进入信息时代的核心推动作用，对提升学生对物理掌科的认识和学习兴趣均有较大的帮助，也对培养学生的核心素养有所帮助。
做好本节教学的关键是多举例子（尤其是与学生生活紧密相关的例子）、多阅读教材、多做实验、多利用互联网查询相关材料，不要求深入理解。首先，引导学生通过观察干簧管等一些常见的现象和事例，感受传感器。其次，通过把传感器与人类器官进行类比，形成传感器的概念。然后通过介绍更多不同种类的传感器，进一步拓宽学生眼界，令其了解传感器不同的分类方式。再让学生探索智能手机中传感器的应用，从而感受传感器就在身边，最大化地激发出学生对传感器的兴趣。然后，归纳总结出传感器应用的一般模式，并以电容式话筒为例，阐释此一般模式。最后通过阅读机器人的相关材料，让学生体会物理知识在技术中的应用，培养学生对科学和技术应有的正确态度和责任感。
（1）问题引入
本节可以利用章首图玉兔号巡视器探索月球这个情境引入问题。建议教师可以提出下述问题，引入传感器实例：“玉兔号巡视器只是一个机器，没有人的感觉器官，它是如何感知月球表面的各种环境因素的呢？又如何把这些环境因素传达给地球上的科学家呢？我们来看看下面这个实例。”
由此引出“问题”栏目中的实验，通过实验，认识构造简单、能感知磁场的干簧管，并分析其结构和工作原理，为引出传感器的概念做铺垫。
教学片段
干簧管
演示：小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁体放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移开，灯泡熄灭。
问题：盒子里有怎样的装置能实现这样的控制？
分析：盒子里一定有磁性材料制作的开关。打开盒子，了解“干簧管”的结构。实验时条形磁体按照教材图 5.1–1 乙所示的方位靠近干簧管，才能使簧片得到最好的磁化，导致两个簧片相对的部分形成相反的磁极而吸合。干簧管是能感受磁场的敏感元件。
问题：干簧管如何感知磁场？感知到磁场后产生了什么信号？这样的信号有什么好处？
（2）神奇的传感器
引导学生进一步观察和分析教材中的几个现象：声控光控开关、自动门、酒精检测仪。还可以进一步列举贴近学生生活、与传感器有关的实例，如电视机遥控接收器，饮水机、电饭煲、热水器上常用的温度控制器，煤气灶的热电偶熄火断气保护装置等。列举这些实例并不需要一一解释其原理和构造，主要目的是让学生感受生活中使用的各种传感器。
教材通过把传感器和人类的各种感觉器官相类比，让学生了解传感器的应用过程，并进一步了解传感器可以在极端恶劣环境下代替人类感知信息，传递给不同种类的机器人，代替人类完成各种工作和任务。
教师可以通过列举大量实例，归纳概括出传感器的概念，引导学生理解为何要将非电学量转换为电学量，明白传感器的作用就是“感知”并能“传输”信号。引导学牛体会物理对社会发展、科技进步和生活改善带来的深刻影响。
引导学生完成教材中的“思考与讨论”栏目中的问题，进一步加深学生对传感器应用场景的理解，激发学生兴趣。
（3）传感器的种类
通过带领学生阅读教材，让学生了解生活中有不同原理、不同种类的传感器，知道可以根据不同的角度对传感器进行归类，了解日常使用的智能手机就是集各种传感器为一身的设备。这一部分的教学，重点不在于了解每一种传感器的原理，而在于让学生体会物理科学对技术的贡献。教学中要鼓励学生广泛阅读传感器资料，从不同角度划分传感器。引导学生关注生活，关注科技发展，培养学生的归纳能力、发散性思维和创新意识。智能手机是学生较为熟悉的设备。可以通过以下教学片段进一步充分展示其中的传感器。
教学片段
智能手机中的传感器
组织学生调查智能手机中使用的传感器。通过在智能手机中下载安装各种传感器类应用，总结智能手机中的传感器。
环境光线传感器：当智能手机通话时，用手指遮挡听筒附近的感光孔，屏幕熄灭，反之，屏幕点亮。
加速度传感器：测量智能手机在空间三个方向的加速度。
温度传感器：测量智能手机的温度。
启发学生利用智能手机上的传感器，自己设计一些创新性的实验。例如，“探究加速度与力、质量的关系”“探究大气压与海拔的关系”等。
（4）传感器的组成与应用模式
带领学生通过阅读教材，了解传感器的基本部分一般由敏感元件和转换元件组成，了解两部分元件的功能，了解外界信号由非电学量转化为电学量后，通常需要进行信号调整及放大等处理。还应让学生知道，将理论转化为实际可应用的技术成果时，需要考虑到各种实际情况，这对于培养学生的动手实践能力有很好的指导意义。例如，可以让学生在家观察燃气灶上的熄火保护装置是如何利用热电偶传感器进行熄火断气保护的。
教学中可以利用教材图 5.1–8 的流程框图，对传感器应用的一般模式进行可视化的解读，主要分析清楚其逻辑关系以及各部分的作用，重在对其中思维方法的学习。
引导学生阅读并分析“思考写讨论”栏目中的电容式话筒实例，进一步感受传感器应用的一般模式在具体实践中的应用。也可以进一步拓展：生活中还有哪些设备利用了“电容式”传感器？
通过阅读“科学漫步”栏目，以机器人为例，让学生体会科技如何改变生活、促进社会进步，并培养学生对科学和技术的正确态度和责任感。
3．“练习与应用”参考答案与提示
本节共设置 3 道习题。第 1 题要求学生能用自己的话概括出传感器的概念，描述其作用，答案具有一定开放性。第 2 题要求学生在课堂学习的基础上结合日常经验举例说明传感器的原理，是一道完全开放性的题目。第 3 题要求学生选用合适的传感器，本题也有一定开放性（传感器有不同角度的分类）。
1．传感器是能够将感受到的非电学量，按一定规律转换成电学量输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件和转换元件合二为一的也很多。传感器种类很多，根据其利用的物质的特性不同可分为：物理传感器、化学传感器、生物传感器。根据其被测量的不同可分为：声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。根据具体工作原理的不同可分为：电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
2．举两例供参考。（1）红外线传感器在自劝门中的应用：当人们接近门的时候，传感器识别人体的红外线传递给驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭。（2）电容式触摸屏中传感器的应用：电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，导体层和手指构成了电容式触摸屏的两极，形成一个特殊电容（耦合电容），四边电极发出的电流会流向触点，位于触摸屏后的控制器便会根据电流算出触摸点的位置。
3．（1）温度传感器（热电式传感器） （2）压力传感器（或压电式传感器） （3）气体传感器
发布时间：2022/7/29 下午2:02:12 阅读次数：2572
