第5章 第2节 常见传感器的工作原理及应用&第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第2节　常见传感器的工作原理及应用 第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.认识传感器就是把非电 学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。 2．了解光敏电阻、金属热电阻、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。 1.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。 2．会利用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置。 3．会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关。 通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯。 通过学习传感器在生产、生活中的应用，体会科学对社会发展的推动作用。 [对应学生用书P97] 知识点一 常见传感器的工作原理及应用 1.光敏电阻 (1)特点：光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。 (2)原理：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：把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量。 2．热敏电阻和金属热电阻 热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻率随温度升高而减小 电阻率随温度升高而增大 制作材料 半导体 金属 优点 灵敏度高 化学稳定性好，测量范围大 作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 3.电阻应变片 (1)电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 (2)电阻应变片可分为金属电阻应变片和半导体电阻应变片，金属电阻应变片的工作原理是金属的电阻应变效应，半导体的电阻应变片的工作原理是半导体的压阻效应。 (3)应用实例：电子秤 ①组成：电子秤使用的测力装置是力传感器。常用的一种力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的。应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成。 ②原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。 1．光敏电阻本身就是一种传感器。(　　×　　) 2．光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小。(　　√　　) 3．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏。(　　×　　) 4．半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化。(　　√　　) 5．金属热电阻的温度升高时电阻升高。(　　√　　) 6．应变式力传感器可以用来测量重力，也可以用来测牵引力。(　　√　　) 知识点二 利用传感器制作简单的自动控制装置 1.门窗防盗报警装置 (1)电路 (2)工作原理：闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 2．光控开关 (1)电路 (2)工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。 1．声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？ 提示：声控灯全名应该为——声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光线足够的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。 2．热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而下降？ 提示：不是。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小。 [对应学生用书P98] 探究点一　光敏电阻　(科学思维之提升) ►情境探究 (1)将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100的欧姆挡。分别记录用手掌遮光、用室内自然光照射和用阳光直射时的阻值，三种情况下光敏电阻的阻值有何变化？由此可以得出什么结论？ 提示：实验现象：同一只光敏电阻，用多用电表测量其阻值，用手掌遮光时，电阻值较大，在室内自然光的照射下电阻值变