第5章 第1&2节 认识传感器&常见传感器的工作原理及应用(Word教师用书)-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第五章　传感器 第1节　认识传感器 第2节　常见传感器的工作原理及应用 [学习目标] 1.了解传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置(物理观念).2.了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式(科学思维).3.了解光敏电阻、金属热敏电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件(科学探究).4.利用电容器结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器(科学探究)． 知识点一　神奇的传感器 1．定义：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． 2．特点：通常把非电学量转换成电学量(电压、电流等)，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制． 3．人的感觉器官与传感器的类比 知识点二　传感器的种类 1．按学科分类 (1)物理传感器：力传感器、磁传感器、声传感器 (2)化学传感器：离子传感器、气体传感器 (3)生物传感器：酶传感器、微生物传感器 2．按被测量分类：声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器． 3．按工作原理分类：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． 知识点三　传感器的组成与应用模式 1．传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件组成．它们分别完成检测和转换两个基本功能． (1)敏感元件：指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分． (2)转换元件：指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分． 2．传感器应用的一般模式 知识点四　光敏电阻 1．特点：光照越强，电阻越小. 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． 知识点五　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电阻的温度特性曲线． 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，温度升高电阻减小，如图乙所示为某一热敏电阻的电阻随温度变化的特性曲线． 说明：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器． 知识点六　力传感器的应用——电子秤 1．组成及敏感元件：由金属梁和电阻应变片组成，敏感元件是电阻应变片. 2．工作原理 3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量． 1．判断下列说法的正误． (1)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大．(×) (2)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．(×) (3)干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的．(×) (4)电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号．(√) (5)热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏．(×) 2．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是(　　) A．光传感器 B．温度传感器 C．声传感器 D．压力传感器 答案　D 解析　当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器，选项D正确． 考点一　认识传感器及其工作过程 【例题1】 (多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　) A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B．传感器可以用来采集信息 C．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量 D．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量 思维导引：(1)传感器是将非电学量转化为电学量的器件或装置；(2)在环境变化时，敏感元件也要发生相应的变化，从而起到控制电路的作用． 答案　BC 解析　传感器的作用主要是采集信息并将采集到的信息转换成便于测量的量，而不是将其感受到的所有信息都转换为电学量，选项B、C正确． 1．不同传感器的工作原理不同，但都是通过敏感元件把非电学量的变化转变为电学量的变化． 2．传感器输出的电学量可能为电流、电压、电路通断等，不一定是电压． 3．敏感元件只是传感器的一个关键部分，并不一定就是一个完整的传感器． 【变式1】 传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路．当压力F作用于可动电极的膜片上时，膜片产生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定的这段时间，灵敏电流计指针的偏转情况为(电流从电流计正接线柱流入时指针向右偏)(　　) A．灵敏电流计指针向右偏 B．灵敏电流计指针向左偏 C．灵敏电流计指针不动 D．不能判断灵敏电流计指针向哪边偏 答案　B 解析　当F向上压膜