5.1 认识传感器5.2常见传感器的工作原理及应用-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第二册）

第五章 传感器 第一节 认识传感器 第二节 常见传感器的工作原理及应用 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用和意义，了解光敏电阻、热敏电阻的工作原理及作用。 科学思维 知道常见传感器的作用，会分析其工作原理。 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 结合生活中的传感器的学习，会解释现象及其应用原理，培养学以致用的综合实践能力。 知识点一　　初识传感器 情景导学 干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，将它接入图乙所示的电路，当条形磁铁靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？ (2)干簧管的作用是什么？ 答案提示　(1)灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。 (2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。 1.传感器 能感受外界信息，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，我们称之为传感器。 2.传感器的作用 传感器通常应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。与压力、位移、流量、温度、湿度等非电学量相比，电压、电流、电阻等电学量更加便于仪表显示和用于自动控制，因此传感器通常需要把非电学量转化为电学量。 3.传感器的工作原理 传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 (1)敏感元件：直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。 (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。 传感器的工作原理如图所示。 ―→ 知识点二　　常见传感器的工作原理及应用 情境导学 电子秤中的力传感器由金属梁和电阻应变片组成，其结构如图所示。在应用电子秤测力时： (1)金属梁的上下表面的应变片是怎样形变的？ (2)上下表面的应变片的电阻是怎样变化的？ 提示：(1)上表面拉伸，下表面压缩。 (2)根据电阻定律可知，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。 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硫化镉为半导体材料，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 金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝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.磁敏元件 (1)霍尔元件：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。 (2)产生霍尔电压的示意图： (3)霍尔电压：UH＝k，d为霍尔元件厚度，k为与材料有关的霍尔系数。 (4)霍尔元件可将磁感应强度的测量转化为电压的测量。 5．电阻应变片 (1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。 (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。 易错已混点1.传感器的应用 易错易混点辨析： 1.处理传感器问题的两点注意 (1)传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于测量的量的一种装置，在处理实际问题时注意被测量与测量量之间的关系。 (2)传感器一般是把被测量转换成电学量，因此往往与电子元件一起构成回路，应注意电路分析。 2.传感器应用的一般模式 例1.(多选)关于传感器，下列说法正确的是(　　) A.麦克风工作时，将感受到的声音信号转化成电信号 B.电子秤工作时，将感受到的压力信号转化为电信号 C.烟雾传感器工作时，将感受到的烟雾浓度信号转化为电信号，实现自动报警 D.声控灯工作时，将感受到的声音信号转化为电能给灯泡供电 解析：选ABC。传感器是一种信号转换器，通常将感受到的外界信息按照一定的规律转换成可用输出信号，麦克风工作时将声音信号转化为电信号，电子秤工作时将受到的物体的压力大小的信息转化为电信号，烟雾传感器工作时将感受到的环境中的烟雾浓度信号转化为电信号，实现自动报警，选项A、B、C正确；声控灯工作时利用声控开关控制电路的通断，将声音信号转化为电信号，并不是给灯泡供电，选项D错误。 例2.许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯白天不亮，到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下列有关该传感器的说法正确的是(　　) A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度 B.该