5.2常见传感器的工作原理及应用-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册 ）

第五章 传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 【核心素养目标】 物理观念 了解光敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。 科学思维 了解金属热电阻和热敏电阻的特性及其在生活、生产中的应用。 科学探究 了解电阻应变片、电容式位移传感器的特性及其在生活、生产中的应用。 科学态度与责任 通过常见传感器的工作原理及应用知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　光敏电阻 【情境导入】智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。自动调节功能，手机是感知外界光线强弱的感光元件是什么呢？ 【知识梳理】 光敏电阻在被光照射时 发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为 这个电学量． 【重难诠释】 【典例精析】 例1． (多选)如图所示，这是用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　) A．严重污染时，LDR是高电阻 B．轻度污染时，LDR是高电阻 C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定 D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响 知识点二　金属热电阻和热敏电阻 【情境导入】 某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。 (1)闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？ (2)闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？ 【知识梳理】 1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的 而增大，利用这一特性，金属丝可以制作 传感器，称为热电阻． 2．热敏电阻：用 材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而 ． 【重难诠释】 有些半导体在温度变化时导电能力也会变化，因此可以用这种半导体材料制作热敏电阻。 热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在其工作温度范围内，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻。 金属热电阻和热敏电阻的区别 项目 金属热电阻 热敏电阻(NTC) 特点 电阻率随温度的升高而增大 电阻率随温度的升高而减小 R－T图像 制作材料 金属 半导体 导电原理 自由电子的 定向移动 自由电子和空穴等载流子 优点 化学稳定性好，测温范围大 灵敏度较好 作用 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 【典例精析】 例2．如图所示的是一火灾报警器的部分电路示意图，其中R3为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　) A．I变大，U变大　　　　　　 B．I变大，U变小 C．I变小，U变小 D．I变小，U变大 知识点三　电阻应变片 【情境导入】 如图所示是一个应变式力传感器，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．结合力传感器的特点，叙述它的工作原理． 【知识梳理】 1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象． 2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和 ，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的 ． 3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为 这个电学量． 【重难诠释】 【典例精析】 例3．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是(　　) A．0到t1时间内，升降机一定静止 B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动 针对训练 一、单选题 1．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（　　） A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 C．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 D．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻 2．传感器根据具体工