5.2 常见传感器的工作原理及应用 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

5.2 常见传感器的工作原理及应用 人教版 选择性必修二 新知导入 我们知道，传感器可以把非电学量转换为对应关系的电学量输出。 那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？ 非电学 电学量 ？ 新知导入 一、光敏电阻 1.光敏电阻 （1）把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻。 硫化镉 光敏电阻 新知讲解 （2）硫化镉表面受到的光照强度不同时，两个电极间的电阻也不一样，光敏电阻是光电传感器中常见的光敏元件。 （3）光敏电阻特性 光敏电阻对光敏感，当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。 下面我们通过实验来研究光敏电阻特性。 新知讲解 （1）实验器材 多用电表、遮光盒、手电筒、导线 （2）实验步骤 ①选择开关置于倍率为×100的电阻挡，同时把多用电表重新进行欧姆调零。 3.实验：观察光敏电阻特性 新知讲解 ②如图，连接光敏电阻，在室内自然光的照射下，观察电阻的大小，把数据记录到表格中。 ③用遮光盒遮住光线，用多用电表测出此时光敏电阻的阻值，把数据记录到表格中。 新知讲解 ④用手电筒照射光敏电阻，用多用电表测出此时光敏电阻的阻值，把数据记录到表格中。 实验器材 模拟光照条件 光敏电阻阻值 无 自然光 遮光盒 几乎无光 手电筒 较强光 约350欧 约25000欧 约100欧 新知讲解 （3）视频：观察光敏电阻特性 新知讲解 （4）实验结论 ①光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。 原因是： 硫化镉是一种半导体材料，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。 ②光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 新知讲解 3.光敏电阻的应用——光电计数器 （1）光电计数器的组成 如图：A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。 A B 新知讲解 （2）光电计数的原理 当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低； A B 当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。 这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 新知讲解 二、金属热电阻和热敏电阻 1.金属热电阻 金属热电阻:金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻。 1 R T O 金属热电阻随温度的变化关系 新知讲解 2.热敏电阻:用半导体材料制成。 有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。 2 R T O 有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。 热敏电阻随温度的变化关系 新知讲解 分类 热敏电阻 金属热电阻 制作材料 导电原理 优点 特点 作用 3.热敏电阻和金属热电阻的区别 半导体 金属 自由电子和空穴等载流子 自由电子的定向移动 灵敏度较好 化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差 负温度系数的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小 电阻率随温度的升高而增大 将温度这个热学量转换为电阻这个电学量 新知讲解 4.实验：观察热敏电阻特性 （1）实验器材 半导体热敏电阻、电流表、热水、导线、电建、电源、烧杯。 （2）实验步骤 ①把电流表、开关、电源、热敏电阻串联在电路中，闭合开关，观察电流表的示数。 ②向烧杯中注入热水，使热敏电阻浸没在热水中，闭合开关，观察电流表的示数。 新知讲解 （3）现象 把热敏电阻串联到电路中，闭合开关，电路中有电流通过，使热敏电阻浸没在热水中，电流表的示数增大。 思考：热敏电阻浸没在热水中，电流表的示数增大，则热敏电阻的阻值怎样变化? 参考答案：由欧姆定律I=U/R可知，当电流表的示数增大时，热敏电阻的阻值减小。 （4）视频：热敏电阻特性 新知讲解 （5）实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。 新知讲解 5.热敏电阻的应用 （1）利用金属热电阻和热敏电阻的阻值与温度之间的对应关系，可用来测量温度。 （2）低油位报警装置 若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。如图甲所示，当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。 甲 新知讲解 如图乙所示，当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。 乙 新知讲解 三、电阻应变片 1.电阻应变片：是一种使用非常广泛的力敏