第5章 第1、2节 认识传感器 常见传感器的工作原理（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

　 第1、2节　认识传感器　常见传感器的工作原理 核心素养导学 物理观念 (1)感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置。 (2)了解温度传感器、光传感器、力传感器的物理特性和用途。 科学思维 (1)体会传感器将非电学量转化为电学量的物理意义。 (2)通过对传感器原理和应用的了解，体会传感器在实际应用中的价值。 科学探究 探究传感器的工作原理及传感器在实际应用中的一般模式。 科学态度与责任 体会传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 一、认识传感器 1．传感器的定义：把被测的非电信息，按照一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置。有时又被称为探测器或变换器。 2．传感器的结构 (1)结构： (2)敏感元件：直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息，并将这些信息变换成易于测量的物理量的元件。包括力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等。 (3)转换元件：又称传感元件，将敏感元件输出的物理量转换成电学量的元件。 (4)信号调节转换电路：对转换元件输出的电信号进行放大、消除干扰，转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量的转换电路。 3．传感器的分类 (1)物理传感器：利用力、热、光、电磁和声等物理效应的传感器。 (2)化学传感器：利用化学反应的原理检测物质的种类和浓度的传感器。 (3)生物传感器：利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作的传感器。 传感器一般包括敏感元件和转换元件两部分，但简单的传感器可以只有敏感元件。　　 二、常见传感器的工作原理 1．温度传感器 (1)定义：将温度变化转换成电学量变化的装置。 (2)感温敏感元件 ①热敏电阻 a．负温度系数热敏电阻：阻值随温度升高而减小，用NTC表示。 b．正温度系数热敏电阻：阻值随温度升高而增大，用PTC表示。 ②热电阻：用金属丝制作的感温电阻，其阻值与温度的关系是：R＝R0(1＋θt)。 ③热双金属片：利用不同金属材料膨胀系数不同来感知温度，控制电路的通断。 2．光传感器 受到光照时，可以产生电流或电压，实现光信号向电信号转化的传感器。 3．力传感器：把力学量转换为电学量的装置。常用的力传感器是由铝合金梁和应变片组成的应变式力传感器。,1.当我们进入宾馆的大门时，门自动开启，当我们通过后，门自动关闭。这是为什么？ 提示：红外线传感器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，使门扇开启。门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，通知马达做反向运动，关闭门扇。 2.传感器的应用促进了人工智能的发展，无人驾驶汽车就是典型的实例。判断下列流程是否正确。 (1)非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件。(×) (2)电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量。(×) (3)非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量。(√) 3．如图是应变片的原理及力学传感器的应用的图片。 (1)电子秤的敏感元件是什么？ (2)电阻应变片是怎样把非电学量转化为电学量的？ 提示：(1)电阻应变片。 (2)当电阻应变片长度和横截面积发生变化时，由电阻定律可知电阻发生变化。 4．如图所示，电吉他的弦是软磁性材料，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来。判断以下说法的正误。 (1)电吉他是光电传感器。(×) (2)电吉他是温度传感器。(×) (3)电吉他是声音传感器。(√) 新知学习(一)|传感器的工作原理 [任务驱动] 干簧管结构如图甲所示，它是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙所示电路，当磁铁靠近干簧管时。 (1)观察到什么现象？ (2)干簧管的原理是什么？ 提示：(1)磁铁靠近干簧管时，灯泡就会发光；把磁铁移走，灯泡熄灭。 (2)干簧管的两个簧片在外加磁场的作用下被磁化成相反磁性的磁极而连通，没有外加磁场时两簧片失去磁性而分开。　　　 [重点释解] 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示。 [针对训练] 1．关于传感器，下列说法正确的是(　 ) A．所有传感器都是由半导体材料做成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D．以上说法都不正确 解析：选B　大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻。传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”，故B正确。 2．当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你