第5章 第1、2节 认识传感器 常见传感器的工作原理及应用（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（人教版2019）

第五章|传感器 第1、2节　认识传感器　常见传感器的工作原理及应用 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。 科学思维 (1)能尝试将实际问题中的对象与过程转换成物理模型。 (2)能分析传感器中非电学量转换成电学量的原理。 科学探究 探究传感器的工作原理及传感器在应用中的一般模式。 科学态度与责任 (1)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。 (2)认同物理的技术应用应考虑道德与规范的要求，能认识传感技术应用与人类社会发展的关系。 一、认识传感器 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如电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的装置。 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。 3．传感器应用的一般模式 (1)传感器的种类有物理传感器、化学传感器和生物传感器。 (2)传感器的基本部分一般由敏感元件和转换元件组成。　　 二、常见传感器的工作原理及应用 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻越小。 (2)原因：光敏电阻的构成物质为半导体材料，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：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 2．金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 3．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。 4．电阻应变片 (1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的力敏元件。 (2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。 (3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。 (4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某个物理量变化的传感器。 金属热电阻的阻值随温度的升高而增加，而热敏电阻的阻值随温度的升高而降低。　　 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] 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：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：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、电阻等电学量或电路的通断等。 (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