第5章 2 常见传感器的工作原理及应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）多选

第五章　传感器 1　认识传感器 2　常见传感器的工作原理及应用 [学习目标]　1.了解传感器的原理及种类，知道传感器的组成与应用模式。2.知道光敏电阻、热敏电阻的特性和应用(重点)。3.了解霍尔元件的原理。4.会分析传感器在生活生产中的应用(难点)。 2 课时作业 巩固提升 要点1　认识传感器 要点2　常见传感器的工作原理及应用 内容索引 3 要点1　认识传感器 一 4 1.传感器 (1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的____________(通常是____________、电流等电学量)输出，或转换为电路的____________的器件或装置。 (2)功能：把____________量转换为____________量，可以方便地进行 测量、传输、处理和____________。 可用信号 电压 通断 非电学 电学 控制 5 2.传感器的种类、组成与应用模式 (1)分类：按传感器的工作原理的不同，把传感器分为__________传感 器、__________传感器和__________传感器。 (2)组成：传感器主要由____________、转换元件组成。 ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。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：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 物理 化学 生物 敏感元件 6 (3)应用模式 7 [例1]　(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是( 　　) A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B.传感器可以用来采集信息 C.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 BC 8 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误;由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确;传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，但并不是将所有感受到的信号都转换为电学量，所以C正确，D错误。 [例2]　在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检 测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　) A.物理传感器　　　　　　 B.化学传感器 C.生物传感器 D.温度传感器 C “酶标法”的原理利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。 [针对训练]　1.(多选)下列说法正确的是(　　 ) A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器 C.电视遥控接收器的主要元件不是传感器 D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被测量转换为电信号的主要工具 ABD 11 传感器的任务就是采集信息，选项A正确;干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软磁性材料组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，选项B正确;电视遥控接收器中使用了红外线传感器，选项C错误;由传感器的定义知，选项D正确。 二 要点2　常见传感器的工作原理及应用 13 1.光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻____________。 (2)原理：无光照时，载流子极少，导电性能____________;随着光照的 增强，载流子____________，导电性____________。 (3)作用：把____________这个光学量转换为__________这个电学量。 梳理 必备知识 自主学习 越小 差 增多 变好 光照强弱 电阻 14 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_________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。 温度 15 3.热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变化非常_________，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。 明显 16 4.电阻应变片 (1)电阻应变片的工作原理 ①金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变，导体的长度、横截面积变化从而引起电阻变化。 ②半导体材料的压阻效应：单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化。 17 (2)力传感器——电子秤 ①组成：由金属梁和电阻应变片组成。 ②工作原理 ③作用：应变片将____________这个力学量转换为____________这个电学量。 电阻 电压 物体形变 电压 18 [思考与讨论] 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，多用电表指针将如何偏转?若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转? 提示：由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏;用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。 19 光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析 归纳 关键能力 合作探究   特性 原因 光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小 金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大 热敏电阻 负温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小 正温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大 20 [例3]　(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元 件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元 件置入热水中，观察欧姆表的示数。下列说法中正确的是(　 　) A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变 化较大的一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不 变化的一定是定值电阻 C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻 AC 21 热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误;光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。 [例4]　如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度 系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡， 当温度降低时(　　) A.R1两端的电压增大 B.电流表的示数增大 C.小灯泡的亮度变强 D.小灯泡的亮度变弱 C R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数减小，R1两端的电压减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，故C正确。 24 [针对训练]　2.(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的 是( 　　) A.应变片都是由半导体材料制成的 B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大;反之变小 C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大，输出的电压差值也越大 BD 常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，故选项A错误;当应变片拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项B正确;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，D正确。 3.(多选)在如图所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热 水中时，电流表示数增大，则说明(　　 ) A.在温度越高时，热敏电阻阻值越小 B.在温度越高时，热敏电阻阻值越大 C.半导体材料温度升高时，导电性能变差 D.半导体材料温度升高时，导电性能变好 AD 由电流表的变化判断半导体电阻的变化，温度 升高时，电路中总电流增大，由闭合电路欧姆 定律可知，总电阻减小，则热敏电阻阻值减小， 导电性能变好，故A、D正确。 三 课时作业 巩固提升 29 [A组　基础巩固练] 1.下列关于传感器的说法，正确的是(　　) A.所有传感器都是由半导体材料制成的 B.传感器不是电视遥控接收器的主要元件 C.话筒中的传感器将电信号转换为声信号 D.传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 30 传感器材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误;电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，B错误;话筒中的传感器是声传感器，它将声信号转换为电信号，C错误;传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 31 2.关于传感器，下列说法正确的是(　　) A.所有传感器都只能感受物理成分 B.金属材料也可以制成传感器 C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D.水银温度计是一种传感器 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 32 传感器可以感受物理、化学、生物等成分，A错误;传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，B正确;传感器是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误;水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 33 3.关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　　) A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件 B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量 C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量 D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 34 传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故A、B、D错误，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　 　) A.传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断 B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制 D.电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 AC 36 根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确，B错误;电磁感应是一种现象，既不是器件，也不是装置，不能称为传感器，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.(多选)电阻R随温度T变化的图线如图所示。下列说 法正确的是(　 　) A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的 B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的 C.图线1对应的材料化学稳定性好，测温范围大，灵敏度高 D.图线2对应的材料化学稳定性差，测温范围小，灵敏度高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BD 38 金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确;图线1对应的材料化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差，测温范围小，但灵敏度高，所以C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.通常当人走向银行门口时，门就会自动打开，是因为门上安装了(　　) A.温度传感器　　　　　　　 B.压力传感器 C.红外线传感器 D.声音传感器 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器，从而能感知红外线，导致门被打开，故选C。 40 7.(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个簧片能被磁化。关于干簧 管，下列说法正确的是(　 　) A.干簧管接入电路中相当于电阻 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C.干簧管接入电路中相当于开关 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 CD 41 干簧管能感知磁场，因为两个簧片由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，所以干簧管是作为开关来使用的，是作为电控元件以实现自动控制的，选项C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。 例如，当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而 达到省电的目的，实现这一功能可能用到的传感器为(　　) A.光传感器和位移传感器 B.磁传感器和温度传感器 C.磁传感器和声传感器 D.压力传感器和加速度传感器 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 43 当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，改变了手机距离人体的位移，并且耳朵可能挡住了部分光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确;当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有发生磁场的变化，也没有产生特别的压力，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 9.(多选)某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时， 用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他： 过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列 关于声传感器和光传感器的说法正确的是(　 　) A.白天有光照时，光传感器自动闭合 B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合 C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合 D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BC 45 白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误;夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确;有人走动发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确;无人走动没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻。 当入射光强度增大时(　 　) A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ABC 47 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻 随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而 增大，即电压表的示数增大，故A正确;干路电流增 大，内电压增大，所以电路的路端电压减小，故D错 误;由路端电压减小且R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B正确;干路电流增大，R2中电流减小，流过小灯泡的电流必增大，所以小灯泡的功率增大，故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.传感器在自动控制中有着相当广泛 的应用。有一种测量人的体重的电子 秤，其测量部分的原理图如图中的虚 线框所示，它主要由压力传感器R(电 阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表 A(实质是理想的电流表)组成。 压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的 电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计， 接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，g取10 m/s2。请回答： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 49 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘____________A处。  压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 … 电阻R/ Ω 300 270 240 210 180 150 120 … 1.6×10－2　 (1)由题知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300 Ω，此时A中电流I＝ A＝1.6×10－2 A。 50 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则这个人的体重是____________kg。  50 (2)当电流I'＝20 mA＝20×10－3 A时，压力传感器的电阻R'＝ Ω＝240 Ω，对应表格可知，这个人的体重为50 kg。 51 [C组　培优选做练] 12.霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所 示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I， 在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的 载流子为负电荷，则下列说法正确的是(　　) A.该元件能把电学量转换为磁学量 B.左表面的电势高于右表面 C.如果用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表 面呈水平状态 D.如果霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面 的电势差与磁场的磁感应强度成正比 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 52 霍尔元件把磁学量转换为电学量，A错误;由于霍尔 元件中的载流子为负电荷，则负电荷的运动方向由 F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右 表面的电势高，B错误;如果用该元件测赤道处的磁 场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件 的上表面保持水平，则左、右表面间无电压产生，C错误;根据qvB＝q得，U＝Bdv，又I＝nqSv，联立解得U＝，若保持电流不变，则左、右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$