第5章 第1节 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（鲁科版2019）

第1节　常见传感器的工作原理 核心 素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 能了解常见传感器的工作原理，知道非电学量转换成电学量的技术意义；能解释传感器在生产生活中的应用。具有与传感器相关的运动及相互作用观念。 能尝试将实际问题中的对象与过程转换成物理模型；能分析传感器中非电学量转换成电学量的原理；能用证据说明光敏元件、热敏元件和霍尔元件的作用；能对一些传感器提出改进措施。 能体会传感技术的应用给人类社会带来的挑战；有较强的将所学内容应用于日常生活实际的热情；认同物理的技术应用应考虑道德与规范的要求，能认识到传感技术的应用与人类社会发展的关系。 [对应学生用书P83] 知识点一 初识传感器 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输出信号(主要是电信号)的器件或装置❶。 2．功能：传感器通常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。 3．组成：传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 1．传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　√　) 2．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。(　×　) 知识点二 敏感元件 1.光敏元件 (1)光敏电阻是一种典型的光敏元件，广泛应用于光敏传感器。 (2)特点：光照越强，电阻越小。 2．热敏元件 (1)热敏电阻❷是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器。 (2)热敏电阻由半导体材料制成，其电阻有随温度的变化而改变的特性。 (3)分类： ①阻值随温度的升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻。 ②阻值随温度的升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻❸。 3．磁敏元件 (1)霍尔元件是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器。 (2)构造：如图所示，一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两个是霍尔元件的电流I的输入、输出端，另两个是霍尔电压的输出端。 (3)霍尔电压：UH＝k。 ①其中d为霍尔元件的厚度，k为与材料有关的霍尔系数。 ②对于一个给定的霍尔元件，当电流I固定时，UH完全取决于磁感应强度B。 (4)作用：将磁感应强度的测量转换为电压的测量。 1．随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　×　) 2．只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(　×　) 批注❶：传感器应用的一般模式 批注❷：热敏电阻和金属热电阻的特性为何不同？ 提示：有些半导体材料当温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，使载流子数增多，于是导电能力明显地增强，电阻减小。对于金属热电阻，当温度升高时金属离子的振动加剧，自由电子的定向移动受到的阻碍增强，电阻变大。 批注❸：题目中无特别说明时，一般指负温度系数的热敏电阻(NTC)。 [对应学生用书P85] 探究点一　传感器的原理与分类　(科学思维之提升) ►情境探究 手机已经成为我们生活和交往中必需的工具，而它的方便快捷与各种传感器的使用密不可分，如图所示，为我国生产的某款智能手机。 请查阅资料，一部智能手机中，都安装有哪些传感器。 提示：声传感器、压力传感器、温度传感器、环境光线传感器、图像传感器、加速度传感器、陀螺仪、近程传感器等。 ►探究归纳 传感器的核心元件 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量有确定关系的易于测量的物理信号。 (2)转换元件：将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号。 ►对点例练 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，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。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表的示数，可以了解油量情况，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”)。 答案：b、c　增大 解析：由题图可知，当油箱内的液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，滑动变阻器R电阻的变化对电路的影响很小，电路电流I可视为恒定，因此UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，滑动变阻器R的阻值增大，电压表的示数将增大。 [练1] 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动的过程中，通过获取电阻R两端电压随时间变化的信息即可确定小车的运动情况。当电阻R两端电压随时间的变化关系图像如图乙所示时，