师：同学们，大家好，今天我们来学习人教版高中物理选修3 - 2第六章第二节的内容——传感器的应用。在上一节的学习中，我们已经认识了传感器。下面，我们先一同回顾它的概念。传感器是能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换成电信号，或转换为便于传送和处理的另一个物理量，通常是电压、电流等电学量，或转换为电路通断的元件。简单来说，它能把非电信号放大或转换成电信号并传输。那么，同学们知道传感器在这些应用中是如何工作的吗？下面就让我们一起来认识传感器应用的一般模式。
以额温枪为例，它的传感器可以感知人的体温，经过传输和转换后，可以以数字或声音的形式进行呈现。再比如说我们家里的体重计，它可以感知物体的质量，并且经过转换与传输后，也是以数字或指针的形式进行呈现。商场里的自动门大家也见过，它可以感知外界的微波或者红外线信息，经过转换与传输后，由计算机系统进行处理和控制。就像这些常见的应用场景，通过身边的这些例子，我们可以构建出传感器应用的一般模型。如图，传感器感受到被测信息，经放大或转换后由电路进行传输，最后再以执行机构、显示屏或是计算机系统三种形式进行处理和呈现。
那么在这些应用中，传感器具体是如何发挥作用的呢？它的工作原理如何？下面就让我们从这6个方面来进行分析。首先，我们从比较熟悉的力传感器入手。同学们请看屏幕，这是一种可以测量汽车质量的电子秤。当汽车经过测量区域时，位于两侧的力传感器感知到压力，并将其转换传输，最终在显示屏上直接呈现出汽车的质量。你知道其中的工作原理吗？让我们来一起分析一下。请同学们观察力传感器的基本结构由哪几部分组成？
生：它是由金属梁以及应变片组成的。
师：那你知道其中哪一个是敏感元件呢？
生：应变片是典型的力敏元件，多半是由半导体材料制成的，通常它会贴在金属梁的上下表面。
师：同学们请思考，当金属梁发生弯曲时会出现什么现象呢？我们来模拟演示一下。如图，当我们把矩形梁的右侧固定，在它的上下表面各贴有一片应变片，此时在它的左侧施加一个外力，受力作用下，金属梁将发生弯曲，而应变片也会随之弯曲。大家想一想这样的弯曲有什么样的特点呢？请大家思考以下3个小问题。我们发现根据弯曲形变的特点，发生弯曲时，上层的应变片会拉伸而变得细长，下层的则会被压缩变得粗短。那么根据电阻定律的知识，我们知道上层的电阻会变大，下层的会变小。当我们给上下层应变片通以相同的电流时，它们两端的电压又会如何变化呢？
生：根据欧姆定律的相关知识，上层电压会变大，下层电压会变小，从而形成电压的差值。当力越大，形变程度就越大，电阻的变化也就越大，这时传感器测得的两个电压的差值输出也会越大。
师：当我们把这个差值输出给显示系统时，就会在数字屏上呈现出对应的数值。同学们，经过以上问题的分析，我们是不是已经知道了它的工作原理呢？我们来简要描述一下。金属梁受力发生变化，引起了应变片的弯曲和形变，从而导致它的电阻发生了变化，最终使得电路中的电压发生了变化。这种传感器它的工作本质其实就是将力信号转换为了电信号。好，同学们，根据刚才所学，我们来看一个拓展创新题。请你根据应变片的工作原理，利用弹簧和滑动变阻器来设计一个电子秤。请大家好好思考一下，弹簧形变有什么样的特征？滑动变阻器，它的变阻有什么样的原理？这两者我们如何有机的结合在一起呢？
生：当加在弹簧上的力发生变化时，弹簧的形变量也要发生变化，如果把这个形变量的变化和一个变阻器的滑动触点同步联动，就能改变电路中的接入电阻值，从而就会影响到电路中的电流和电压的变化。
师：根据这样的思想，我们可以尝试设计出这样一个参考方案。在这个方案中，我们利用的是电流表来指示重力值。当不称物体时，弹簧弹力作用使滑片停留在a端附近，有效电阻较大，电流则较小。当称重物时，重力的作用使滑片在b端附近，有效电阻较小，电流则较大。我们把电流对应的重力刻在表盘上，就可以直接读出数值了。除了这一种方案，同学们还有没有发现其他的方案呢？比如说有没有同学采用电压表来设计这个电路呢？接下来我们再来看一看温度传感器的应用。同学们请看屏幕，这是什么？
生：电熨斗。
师：那你了解它的内部结构和工作原理吗？请同学们观察电熨斗的结构示意图，看一看它是由哪几部分组成的？
生：它是由双金属片、电热丝、触点、调温旋钮等等组成的。
师：那你知道其中哪一个是敏感元件吗？
生：双金属片是典型的热敏元件，它由两种不同热膨胀系数的材料制成，通常可以用于日光灯的启动器。
师：同学们再想一想，当我们对双金属片加热时，它的形状会发生什么样的改变呢？请同学们看一个演示的小实验，注意观察。同学们请看，这是从日光灯启动器中取出的双金属片，我们发现在它被加热时，双金属片会发生形状的变化，向一侧发生弯曲，这样的弯曲会改变触点的开合状态，从而控制了整个电路的通断，实现了自动控制温度的功能。同学们，经过以上几个问题的分析，我们是不是也能得到这种传感器的工作原理？请让我们简单描述一下。
生：双金属片温度的变化引起自身弯曲形变，进而引起电路当中触点的开合状态发生改变，最终实现了控制电路通断这样的一个作用。它的本质其实就是将热信号转换为了电信号。
师：大家理解了吗？让我们一起来看一看书上第58页的思考与讨论，并尝试解答。常温下，下图6.2 - 6中电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？熨烫不同材质的衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的呢？同学们请思考。