第5章 第1节 认识传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

第1节　认识传感器 第2节　常见传感器的工作原理及应用 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的意义． 2．了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理． 3．了解传感器的常用元件的特征． 1.物理观念：借助传感器概念及传感器的分类体会物理观念生成过程中蕴含的主要思想方法． 2．科学思维：通过传感器的工作原理及敏感元件的特性体会物理模型在探索自然规律中的作用． 3．科学态度与责任：通过传感器在生活、科技中的实例感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义． [对应学生用书P68] 1．传感器 (1)定义：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电信号(通常是电压、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置． (2)功能：把非电学量转化为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制． 2．传感器的种类、组成与应用模式 (1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器． (2)组成：传感器主要由敏感元件、转换元件组成． (3)应用模式： [思考] 火灾探测器的核心元件为光敏传感器，它是利用烟雾对光的散射来工作的．当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转化的？ 提示　传感器是将烟雾产生的光学量转化为电路的电学量，使电路接通，从而对外发出声光报警信号． 1．光敏电阻 (1)特点：在被光照射时电阻发生变化． (2)原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好． (3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量． 2．金属热电阻和热敏电阻 (1)金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图甲所示为某金属导线的电阻随温度变化的特性曲线． 　 甲　　　　　　　乙 (2)热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化明显，温度升高时电阻减小，如图乙所示为某热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线． (3)作用：金属热电阻和热敏电阻把温度这个热学量转换为电阻这个电学量． 3．电阻应变片 (1)特点：阻值随着所受机械形变的变化而变化． (2)原因：电阻与导体的材料、长度和横截面积有关．当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小． (3)作用：把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量． [思考] 声控灯应用广泛，白天光线充足时，无论发出多大的声音灯都不亮；但在黑夜，轻轻拍手它就发出亮光．声控灯是如何实现声音控制照明装置的？ 提示　声控灯实质上是声光控灯，声控灯中有光控电路，在光线足够的时候光敏电阻不导通，使光控电路断开；在光线不充足时，光敏电阻导通，此时若外界有足够强度的声响时，声控电路闭合，灯具就会通电发光． [对应学生用书P69] 探究点一　传感器的原理和分类 　(1)现代的工农业生产和日常生活中大量的应用了传感器，给我们的生产和生活带来了极大的方便．传感器是起什么作用的元件？ (2)夜晚，楼道里漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥秘是什么？ 提示　(1)传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件． (2)在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关． 1．传感器的核心元件 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，能直接感受或响应外界被测非电学量． (2)转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出． (3)转换电路：是将转换元件输出的电学量放大或转换成其他易于测量的电学量，如电压、电流等． 2．传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号一般是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统和执行机构，产生各种控制动作．传感器的工作原理如下所示： →→→→ 3．分类 工作原理 举例 物理 传感器 利用物质的物理性质或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等 化学 传感器 利用电化学反应原理来识别和检测信息 离子传感器、气体传感器等 生物 传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和检测生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 右图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置示意图．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通