第五章 第一、二节传感器及其工作原理 传感器的应用（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（粤教版2019）

第一节　传感器及其工作原理 第二节　传感器的应用 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道非电学量转换成电学量的技术意义． 2．通过实验了解常见传感器的工作原理． 3．列举传感器在生产、生活中的应用． 4．了解光敏传感器及其在生产、生活中的应用 1．物理观念：知道什么是传感器，理解传感器工作原理． 2．物理观念：掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理． 3．科学思维：体会传感器将非电学量转化为电学量的意义． 4．科学思维：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． 5．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 [对应学生用书P98] 1．什么是传感器 (1)定义：能够感受到被测量的信号，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置． (2)功能：将非电学量转化为电学量，实现信息采集、处理、储存和传输的自动化与智能化，这是实现自动控制、数字化信息传输的基础． (3)组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成． (4)应用模式： 2．传感器的分类 (1)分类：根据检测量的不同，传感器可以分为物理传感器、化学传感器和生物传感器． (2)物理传感器：利用被测物理量(如压力、温度、位移、亮度等)变化时，敏感元件的电学量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性． (3)化学传感器：基于化学反应的原理，将化学物质的成分、浓度等化学信息转化为电学量的传感器． (4)生物传感器：一种基于酶、抗体和激素等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器．与物理传感器和化学传感器的最大区别在于感受器中含有生命物质． [思考] 火灾探测器的核心元件为光敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转化的？ 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．温度传感器的原理——热敏电阻 (1)热敏电阻由半导体材料制成，具体温度特性可以分为三类： 第一类，正温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而增加； 第二类，负温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而下降； 第三类，临界温度系数热敏电阻，它的阻值在很小的温度范围内急剧下降． (2)作用：将温度这一热学量转化为电阻阻值这一电学量． 2．光电传感器的原理——光敏电阻 (1)光敏电阻由半导体材料制成，有如下特性： 无光照射时，光敏电阻的阻值较大；有光照射时，光敏电阻的阻值较小，并且随光照的增强而减小． (2)作用：将光照强度这一光学量转化为电阻这一电学量． [思考] 声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？ 提示　声控灯全名应该为——声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光线足够的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电． 3．传感器的应用 传感器的应用领域极其广泛．大到宇宙飞船、人造地球卫星、工业自动控制等，小到家用电器、电动玩具等，都有它的身影． [对应学生用书P99] 探究点一　对传感器的认识 (1)现代的工农业生产和日常生活中大量的应用了传感器，给我们的生产和生活带来了极大的方便．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)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，再传送给控制系统产生各种控制动作． 3．传感器的作用：能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能按照一定的规律和要求，把这些信息转换成可用的输出信息的器件和装置，叫作传感器．传感器是各种测量和自动控制系统的“感觉器官”． 4．分类 (1)按传感器所测量物理量分为：位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器． (2)按传感器工作原理分为：