第五章 第1、2节认识传感器、常见传感器的工作原理（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第1节　认识传感器 第2节　常见传感器的工作原理 课程内容要求 核心素养提炼 1．了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的意义． 2．了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理． 3．了解传感器的常用元件的特征． 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生成过程中蕴含的主要思想方法． 2．科学思维：通过传感器的工作原理及敏感元件的特性体会物理模型在探索自然规律中的作用． 3．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． [对应学生用书P76] 1．什么是传感器 (1)定义：传感器是把被测的非电信息，按一定的规律转换成与之对应的电信号的器件或装置． (2)作用：从外界获取必要的信息并提供给机器． ―→ (3)应用：自动门、声控灯等． 2．传感器的结构和分类 (1)传感器主要由敏感元件、转换元件和信号调节转换电路、辅助电源组成． (2)常见的敏感元件包括力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等． (3)传感器的分类：按感知外界信息及变换效应的不同，把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器． [思考] 火灾探测器的核心元件为光敏传感器，它是利用烟雾对光的散射来工作的．当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发警报，并对外发出声光报警信号．此时传感器将什么量进行了转化？ 提示　传感器是将烟雾产生的光学量转化为电路的电学量，使电路接通，从而对外发出声光报警信号． 1．温度传感器 (1)热敏电阻：包括负温度系数热敏电阻(NTC)和正温度系数热敏电阻(PTC). (2)温度传感器包括热敏电阻温度传感器、热电阻温度传感器和热双金属片温度传感器等． 2．光传感器 (1)原理：有些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，可以产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化． (2)应用：①自动门、自动水龙头、火灾报警器等． ②光电式转速表． 3．力传感器 (1)原理：把力学量转换为电学量． (2)应用：电子秤等． [思考] 声控灯应用广泛，在白天光线充足时，无论你发出多大的声音灯都不亮；但在黑夜轻轻拍手它就发出亮光．声控灯是如何实现利用声音控制照明装置的？ 提示　声控灯实质上是声光控灯，声控灯中有光控电路，在光线足够的时候光敏电阻不导通，使光控电路断开；在光线不充足时，光敏电阻导通，此时若外界有足够强度的声响，声控电路闭合，灯具就会通电发光． [对应学生用书P77] 探究点一　传感器的原理和分类 　(1)现代的工农业生产和日常生活中应用了大量的传感器，给我们带来了极大的方便．传感器是起什么作用的元件？ (2)夜晚，楼道里漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥秘是什么？ 提示　(1)传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件． (2)在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关． 1．传感器的核心元件 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，能直接感受或响应外界被测的非电信息，并将其变换成易于测量的物理量． (2)转换元件：又称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量． (3)信号调节转换电路：将转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量． 2．传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号一般是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给计算机、执行器产生各种控制动作．传感器的工作原理如下图所示． ―→―→ 3．分类 工作原理 举例 物理 传感器 利用物质的物理性质或物理效应感知并检测出待测对象信息 力传感器、磁传感器、声传感器等 化学 传感器 利用化学反应的原理检测信息 离子传感器、气体传感器等 生物 传感器 利用酶、抗体和激素等分子识别功能 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 下图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置示意图．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．如果要求当油箱中油量减少时，电压表的示数也减小，你认为电压表应该接在图中的________两点之间． [思路点拨]　―→―→―→ 解析　定值电阻R′和滑动变阻器R是串联的，当油箱中的油量减少时，浮标下降，金属杆的左端下降，右端上翘，滑动变阻器连入电路的电阻增大，分担的电压增大，定值电阻分担的电压减小，所以电压表应接在c、d之间且与定值电阻并联． 答案　c、d [题后总结]　对传感器的进一步理解 1．不同的传感器的原理不同，但都是通过敏感元件把非电学量的变化转变