第5章 1.认识传感器 2.常见传感器的工作原理及应用-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第五章　传感器　 1．认识传感器　2.常见传感器的工作原理及应用 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.认识传感器 2．干簧管 3．光敏电阻 4．金属热电阻和热敏电阻 5．电阻应变片 6．电容式传感器 7．霍尔元件 1.知道非电学量转化成电学量的技术意义 2．通过上网或查阅资料，关注与生活有关的传感器，扩大自己的知识面 3．通过练习，增强对传感器知识的应用能力 4．理解光敏电阻、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 5．理解电阻应变式力传感器的原理及在实际生活中的应用 6．能够通过总结电阻式传感器的工作特性 7．能推导霍尔元件工作时霍尔电压与磁感应强度和电流的关系，应用霍尔元件解决实际问题 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的生成过程。能从力学、热学、光学、电磁学角度分析不同的传感器，并在传感器原理的理解中进一步体会物质观、相互作用观等 2．科学思维：知道非电学量转换为电学量的技术意义，通过传感器的工作原理及敏感元件的特性体会物理模型的作用。能理解不同传感器的原理并进行分析 3．科学探究：通过观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程。能对光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻的工作特性进行探究，并能从理论上探究霍尔电压 4．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。 知识点一　认识传感器 在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利。如楼道里的灯晚上有足够大的声音时会自动打开，亮一会儿后又自动熄灭；马路上的路灯夜晚来临时自动点亮、白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭……这其中的“机关”是什么？ 提示：其中的“机关”是在这些装置中分别安装了声控、光控等不同的传感器。 1．传感器 (1)传感器的定义：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信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 (2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 学生用书↓ 第114页 2.传感器的种类 (1)利用物质的物理特性或物理效应：力传感器、磁传感器、声传感器等物理传感器等。 (2)利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号：离子传感器、气体传感器等化学传感器。 (3)利用生物活性物质的选择性：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等生物传感器。 3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成。 5．传感器应用的一般模式 【判断正误】 1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(√) 2．不同的传感器的敏感元件一般不同。(√) 3．利用传感器不能分析非电学量的问题。(×) 1．传感器的组成和工作流程 (1)传感器的组成： ①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏，湿敏等)制成的。 ②转换元件：传感器中能将敏感元件输出的且与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。 ③转换电路：将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。 (2)传感器的工作流程： 2．传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等。这些输出的信号是非常微弱的，通常需要经过放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。 如图是一个简易电子拉力计的电路图。轻质金属弹簧的右端点固定有金属滑片P，P可在均匀电阻丝ab上滑动，弹簧处于原长时P恰好位于a端。ab长为12 cm，电阻丝的总阻值R1＝30 Ω，弹簧的电阻忽略不计，定值电阻R0＝5 Ω，E＝3 V，内阻不计。已知弹簧的劲度系数为1.0×104 N/m。则(　　 ) A．拉环的拉力越大，理想电流表示数越小 B．当拉环拉到b处时，电流表的示数为0.1 A C．该测力计可测的最大拉力为1 000 N D．当电流表示数为0.2 A时，拉力F的大小为800 N D　[环的拉力越大，R1接入电路的电阻越小，电路中的电流越大，A错误；当拉环拉到b处时，电路中的电流为I1＝＝ A＝0.6 A，此时拉力最大，据胡克定律F＝kx知Fm＝1.0×104×0.12 N＝1 200 N，B、C错误；当电流表示数为0.2 A时，设弹簧伸长量为x，R1接入电路的电阻为R1＝－R0＝ Ω－5 Ω＝10 Ω＝30 Ω－×30 Ω，解得x＝8 cm，拉力大小