第五章 1 认识传感器-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案课件PPT（人教版）

第五章　传感器 1.认识传感器 1．知道什么是传感器，了解传感器的种类。2.知道传感器的组成与应用的一般模式。 2 目录 课后课时作业 2 一、神奇的传感器 1．传感器的定义：传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照____________转换为便于______和______的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等________，或转换为____________。 2．传感器的特点：把________量转换为______量，可以很方便地进行______、传输、处理和_______。 一定的规律 传送 处理 电学量 电路的通断 非电学 电学 测量 控制 4 二、传感器的种类 1．传感器的种类 (1)物理传感器：利用物质的__________或__________制作而成。 (2)化学传感器：利用____________原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号。 (3)生物传感器：利用生物活性物质的_______来识别和测定生物化学物质。 2．大多数传感器是以______原理为基础制作的。它们原理各异，分类方法也不同。既可以根据_______的不同分类，还可以根据_____________的不同分类。 物理特性 物理效应 电化学反应 选择性 物理 被测量 具体工作原理 5 三、传感器的组成与应用模式 1．传感器的基本部分一般由敏感元件、_________组成，分别完成______和______两个基本功能。 2．传感器应用的一般模式 转换元件 检测 转换 6 判一判 (1)传感器可以把非电学量转换为电学量。(　　) (2)大多数传感器是以物理原理为基础制作的。(　　) (3)传感器种类繁多，但基本部分一般由敏感元件、执行机构组成。(　　) 提示：(1)√　 (2)√　 (3)× 7 1．干簧管 干簧管是电子电路中常用到的一种元件，结构很简单，只是在玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。如图甲所示，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。 干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 8 3．传感器的组成 (1)敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测非电学量的部分，完成检测功能。 (2)转换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分，完成转换功能。 并不是所有传感器都能够明显地区分敏感元件和转换元件。如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。 9 4．传感器的应用模式 传感器输出的电信号一般都很微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要通过信号调整与转换电路把这个电信号放大。如果需要远距离传送，还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。 从传感器获得信号后，可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行指定动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。 10 5．传感器组成与应用模式的实例分析——电容式话筒 话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器，如图乙。 (1)传感器结构：如图丙所示是电容式话筒的组成结构示意图，话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层，膜片后相距几十微米有一个金属片(固定电极)，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。 11 (2)传感器原理：声波使振动膜片发生振动，振动膜片作为敏感元件，感受声音信号的变化，与固定电极组成的电容器相当于转换元件，将声音信号的强弱转换成电容器的电容变化。 (3)信号调整与转换电路：把电容器接入含有电阻、电源的转换电路中，由于电容器的电容不断发生变化，电容器产生充、放电电流，加载在电阻R两端的电压也随之变化。这样，信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号，用于显示、记录等。 12 (多选)如图是动圈式话筒的结构图，绝缘的膜片与线圈固定在一起。下列说法正确的是(　　) A．话筒用到的传感器是声传感器 B．话筒用到的传感器属于物理传感器 C．膜片是敏感元件，感受声音信号的变化 D．线圈是转换元件，将声音信号的强弱转换成线圈的电感变化 13 (1)话筒将什么信号转换为什么信号？ (2)该传感器应用的原理是什么？ 提示：将声音信号转换为电信号。 提示：电磁感应。 14 解析　话筒将声音信号转换为电信号，所以用到的传感器是声传感器，A正确；用话筒讲话时，声波使膜片发生振动，带动线圈左右振动，而线圈在永磁体的磁场中运动时会发生电磁感应现象，使线圈中产生感应电动势，经过转换电路和处理系统使扬声器发出声音，可知这个传感器是以物理原理为基础制作的，所以属于物理传感器，B正确；根据上述分析可知，膜片是敏感元件，感受声音信号的变化，线圈和永磁体是转换元件，将声音信号的强弱转换成感应电动势的变化，C正确，D错误。 15 分析传感器时要明确的问题 (1)敏感元件与转换元件是什么。 (2)是怎样将非电学量转换为电学量的。 (3)该电学量的变化对电路有什么影响。 16 [跟进训练]　某智慧物流有20余台配送机器人上阵，该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是利用了(　　) A．力传感器 B．光传感器 C．磁传感器 D．声传感器 解析：由题意知，该机器人的传感器能够区分颜色、识别静态和动态物体，可知其拥有相当于人类视觉的功能，利用了光传感器，而力传感器、磁传感器和声传感器所测量的非电学量并无法都准确识别颜色、行人、物体等，故B正确，A、C、D错误。 17 课后课时作业 1．电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了(　　) A．光传感器 B．温度传感器 C．红外传感器 D．湿度传感器 解析：电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，即能感知温度，所以电热水器中安装了温度传感器，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 2．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能是由太阳能电池提供的。要求太阳能电池板总是对准太阳，应利用下列哪种传感器来感知太阳方位(　　) A．力传感器 B．光传感器 C．温度传感器 D．生物传感器 解析：对比四个选项可知，只有光传感器能感知太阳方位，B正确，A、C、D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 3．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是(　　) A．温度传感器 B．压力传感器 C．磁传感器 D．光传感器 解析：由题意可知，电容器通过受压后变形从而将压力信号转变成电信号，故键盘采用的是压力传感器，B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 4．(多选)下列有关传感器的说法，正确的是(　　) A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作的 B．红外线传感器是靠接收物体发出的红外线来工作的 C．红外线传感器就是温度传感器 D．传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件 解析：交警使用的酒精测试仪不是靠吹气的压力来工作的，而是靠感知乙醇浓度来工作的，故A错误；红外线传感器是靠接收物体发出的红外线来工作的，红外线传感器不一定是温度传感器，故B正确，C错误；传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 5．(多选)如图，关于干簧管，下列说法中正确的是(　　) A．磁体靠近干簧管，小灯泡会亮 B．改变磁体磁极的方向，然后靠近干簧管，小灯泡不亮 C．干簧管作为磁传感器，经常被用于控制电路的通断 D．干簧管作为磁传感器，可被用于定量测量磁感应强度 解析：干簧管内有两个由软磁性材料制成的簧片，能感知磁场。当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，从而接通所在电路，且与磁体磁极的方向无关，故B错误，A、C正确；干簧管只能判断足够强的磁场是否存在，不具备定量测量磁感应强度的能力，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 6．关于传感器，下列说法正确的是(　　) A．传感器输出的信号一定是电压、电流这些电学量 B．从传感器输出的电信号可以直接带动执行机构实现控制动作 C．传感器的制作基础不一定是物理原理 D．压电晶体只有敏感元件，没有转换元件 解析：传感器输出的信号通常是电压、电流这些电学量，或电路的通断，A错误；传感器输出的电信号，一般要通过信号调整与转换电路放大，再驱动执行机构等，B错误；传感器作为一门知识密集型技术，制作基础不一定是物理原理，也有可能是化学、生物原理，C正确；压电晶体不能明显区分敏感元件和转换元件，作为敏感元件的同时兼为转换元件，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 7．“嫦娥三号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有(　　) A．味觉传感器 B．气体传感器 C．听觉传感器 D．视觉传感器 解析：“嫦娥三号”处于真空环境，声音无法传播，光的传播不需要介质，所以可能有视觉传感器，不可能有味觉、气体、听觉传感器，故选D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 8．“模块机器人”的组成部分中相当于“人脑”部分的是(　　) A．执行器 B．传感器 C．控制器 D．敏感元件 解析：执行器相当于人的“肌肉”，故A错误；传感器相当于人的“感觉器官”，故B错误；控制器相当于人的“大脑”，故C正确；敏感元件不属于“模块机器人”的组成部分，故D错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 9．(多选)如图是电容式转速传感器，下列有关说法正确的是(　　) A．该传感器的敏感元件是齿轮 B．该传感器的转换元件是定极 C．该传感器输出的电学量是电流 D．该传感器的原理是电容随极板 间距离的变化而变化 解析：齿轮不是传感器的组成部分，所以不是该传感器的敏感元件，该传感器的敏感元件是定极，能感受齿轮上与它相对部分到它的距离，同时它兼为该传感器的转换元件，将这个距离的变化转换成电容的变化，所以该传感器输出的电学量是电容，原理是电容随极板间距离的变化而变化，A、C错误，B、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 2．传感器的原理 eq \x(非电学量)―→eq \x(传感器)―→eq \x(电学量) $