第5章 1 认识传感器-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册人教版（教师用书）

1　认识传感器 [学业要求] 1．了解什么是传感器，组成及应用模式。 2．知道将非电学量转化为电学量的技术和意义。 3．了解传感器的种类及其特点。 一、神奇的传感器 1．定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成__可用信号__的器件或装置。 2．作用：传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务，把__非电学__量转化为__电学__量。从而方便地进行测量、传输、处理和控制。 二、传感器的种类 1．物理传感器 (1)工作原理：利用物质的物理性质和__物理效应__感知并检测出待测对象信息。 (2)特点：发展快、品种多、应用广等。 (3)分类 ①根据被测量的不同可分为__声__、__光__、__压力__、__位移__、__加速度__、__温度__等传感器。 ②根据工作原理不同可分为__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。 2．化学传感器 (1)工作原理：利用__化学反应__识别和检测信息。 (2)特点：广泛应用于环保、火灾报警、医疗卫生、家用电器等。 3．生物传感器 (1)工作原理：利用__生物化学反应__识别和检测信息。 (2)特点：专一性好、易操作、设备简单、测量__快速准确__、适用范围广。 三、传感器的组成及应用模式 1．传感器的基本部分一般由__敏感__元件和__转换__元件组成。 2．传感器的一般模式是 探究点一　对传感器的认识 1．传感器的认识：传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量(外界信息)，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 2．传感器的应用模式 ―→―→―→―→ 3．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)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的，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)转换电路是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。 　 如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。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)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况。 (1)你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)。 (2)将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？ [解析]　(1)由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化。当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小。当把电压表接在c、d两点间，电压表的示数减小时，表示油量在减少。(2)①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大。②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小。 [答案]　(1)c、d　减小　(2)见解析 ●核心素养·思维升华 在分析传感器时要明确： (1)核心元件是什么。 (2)是怎样将非电学量转化为电学量的。 (3)是如何显示或控制开关的。 1．电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时(　　) A．车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零 B．车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷量一直增大 C．车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变 D．汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照 解析　车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；由题图乙可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在压电薄膜受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。 答案　A 探究点二