5.3 大显身手的传感器 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦“传感器及其应用”，以自动感应门、洗衣机水位控制等生活实例为切入点，通过思维导图梳理压力、红外等传感器的应用场景，构建从现象到原理的学习支架，帮助学生理解传感器将非电学量转为电学量的物理观念。 其亮点在于融合科学探究（“想一想”“探究点”引导分析原理）与科学思维（易错辨析、规律方法总结），如自动门红外传感器工作流程分析培养推理能力，思维导图整合知识体系。对学生提升联系生活的应用能力，对教师提供结构化教学资源，助力高效教学。

第5章　传感器及其应用 第3节　大显身手的传感器 学习目标 思维导图 1.了解传感器应用的一般模式。(物理观念) 2.感受传感器技术给人类生活带来的便利,了解传感器应用的设计思路。(科学思维) 3.理解传感器在洗衣机水位控制、自动感应门、指纹识别器、机器人中的工作原理。(科学探究) 基础落实·必备知识全过关 一、自动感应门 1.组成:　　　　　　传感器。  2.工作原理:人体发出的　　　　,经红外感应器入射窗的滤光片后,聚焦到感应器的电子元件上。热电元件感知温度上升后,会因为热电效应释放电荷,使电路中的电阻、电流、电压等电学量发生变化。由此,红外传感器便把门前有无人的　　　　信息转换成可识别的　　　　信息了。  3.自动门工作流程 红外线 红外线 非电学 电学 想一想在电梯门口放置一障碍物,会发现电梯门不停地开关,这是由于在电梯门上装有什么传感器? 提示 在电梯门口放置一障碍物,电梯门不停地开关,说明电梯门口有一个光传感器。 二、洗衣机水位控制 1.全自动洗衣机的水位控制装置中使用了　　　　　传感器。  2.组成:外筒和内筒、　　　　　、传感器的　　　　　。  3.工作原理:当洗衣机筒内的水位达到设定标准时,气体　　　　增大,使传感器的膜片向上凸起,凸起的膜片使动触点与静触点脱离,并与另外一个静触点接触,从而接通　　　　电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。  想一想洗衣机水位控制装置损坏可能导致哪些现象? 压力 气室 膜盒 压强 控制 提示 洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣。 三、指纹识别器 1.组成:　　　　　传感器。  2.工作原理:当用户的手指放在绝缘表面时,皮肤便组成了电容__________　　　　　　　　　　的另一面。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同,使电容阵列中不同位置的电容器的　　　　　　也不相同。通过读取这些　　　的差异,就能够获取　　　信息。  想一想指纹识别器是怎样实现对指纹的识别? 电容 阵列极板 电容值 电容 指纹 提示 指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。 四、机器人 1.机器人传感器的分类 机器人传感器分为　　　　传感器和　　　　传感器。  2.传感器用途 (1)外部传感器用于感知外部　　　　　　　　和外界事物对机器人的刺激,使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉,从而使机器人具有拟人化的特点。  (2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的　　　　。  外部 内部 工作环境 状态 易错辨析 判一判 (1)全自动洗衣机水位控制装置应用了红外线传感器。(　　) (2)指纹识别器应用了电容传感器。(　　) (3)自动门应用了压力传感器。(　　) (4)红外线传感器接收携带着信息的红外线,转换成电信号,从而得知辐射源的相关参数或信息。(　　) × 提示 全自动洗衣机水位控制装置应用了压力传感器。 √ × 提示 自动门应用了红外线传感器。 √ 即学即用 练一练 传感器的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是(　　) A.生物传感器 B.红外传感器 C.温度传感器 D.压力传感器 C 解析 空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,故C正确。 重难探究·能力素养全提升 探究点一　传感器与自动控制 导学探究 当人们走近和离开一些宾馆或商场的自动门时,门会自动开关,这就是传感器在起作用。 (1)传感器由哪几部分组成? (2)你所了解的敏感元件有哪些? 要点提示 (1)传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 (2)敏感元件有热敏元件、光敏元件、气敏元件、磁敏元件、力敏元件、温敏元件等。 知识归纳 1.洗衣机水位控制装置使用的压力传感器是一种开关型的传感器。当向内筒注水时,部分水进入气室,气室内压强增大,使传感器的膜片向上凸起,从而使动触点与下面的静触点分离,并与上面的静触点接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,同时接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物。 2.自动门上的红外线传感器,也是一种开关型的传感器。人走近自动门传感器输出电压信号;信号经过处理后,使定时器工作;由定时器构成的电路使继电器通电,自动门电动机转动,门自动打开;当人通过自动门几秒钟后,自动门电动机反转,门自动关闭。 3.指纹识别器的电容传感器输出电容变化这一电信号,经过电路对电信号的比较,实现对指纹的识别。 闪光语录　涉及压力传感器应用问题,其基本原理是通过压力改变电阻,从而改变电路中的电流,通过电流表示数反映压力的大小。 典例剖析 【例题1】 　一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图如图所示。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比(　　) A.红灯亮,UR2变大 B.绿灯亮,UR2变大 C.绿灯亮,UR2变小 D.红灯亮,UR2变小 D 解析 门打开时R3减小,导致R总减小和I总增加,Ur和UR1变大,UR2=E-(UR1+Ur)减小, 增加,电磁继电器磁性增强把衔铁拉下,红灯亮,绿灯灭,选项A、B、C错误,选项D正确。 规律方法　传感器与自动控制问题 利用传感器中的敏感元件与电路结合分析,要把握两点:(1)明确组成传感器的敏感元件的特性。(2)注意电路的结构及串、并联的分析计算方法。 B 对点演练 1.(2025山东淄博高三上期末)某种酒精测试仪的简化电路如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电压表为理想电压表,其示数为U,电阻R和R0均为定值电阻。已知酒精气体传感器的电阻与酒精气体浓度c成反比,若c增大,则 (　　) A.通过R0的电流减小,U增大 B.通过R0的电流增大,U减小 C.通过R的电流增大,U增大 D.通过R的电流减小,U减小 解析 酒精气体传感器的电阻与酒精气体浓度c成反比,若c增大,则酒精气体传感器的电阻减小,由全电路的欧姆定律可知电流增大,即通过电源和电阻R0的电流增大,而电压表的示数为U=E-I(R0+r),则随着I增大,U逐渐减小。故选B。 探究点二　传感器系统在机器人中的作用 导学探究 机器人是自动控制机器的俗称,自动控制机器包括一切模拟人类行为或模拟其他生物的机械(如机器狗、机器猫等)。在当代工业中,机器人指能自动执行任务的人造机器装置,用以取代或协助人类工作。理想中的高仿真机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机与人工智能、材料学和仿生学的产物,目前科学界正在向此方向研究开发。 机器人安装的传感器和人类感官有怎样的相对应关系? 要点提示 视觉传感器——视觉;超声波传感器和语音识别装置——听觉;嗅觉传感器——嗅觉;味觉传感器——味觉;压力、温度、位移传感器——触觉。 知识归纳 传感器系统在机器人中起着非常重要的作用,是机器人的感觉器官,可以分为外部传感器和内部传感器。 (1)外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。外部传感器包括视觉传感器(相当于眼睛),超声波传感器和语音识别装置(相当于耳朵),温度传感器(相当于皮肤),压力传感器、位移传感器和温度传感器(相当于手),嗅觉、味觉传感器等。 (2)内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。 闪光语录　机器人主要包括三个部分:环境信息采集部分(相当于人的感觉器官)、环境识别和动作控制部分(相当于人的大脑)、动作部分(相当于人的手、脚等)。 典例剖析 【例题2】　(多选)下列传感器中机器人能应用到的传感器是(　 　) A.视觉传感器 B.位移传感器 C.压力传感器 D.语言识别装置 ABCD 解析 视觉传感器相当于机器人的“眼睛”,压力传感器、位移传感器使机器人有了“感觉”,语言识别装置相当于机器人的“耳朵”,故选A、B、C、D。 规律方法　传感器与机器人感觉对应表 感觉 所用传感器 效果 当前发展水平 视觉 视觉传感器(摄像机) 使机器人拥有人眼的视觉功能 离自然人的视觉水平相差甚远 听觉 超声波传感器、语音识别装置 使机器人拥有类似人耳的听觉功能 能理解一些简单的语句,不能真正实现人机对话 嗅觉 嗅觉传感器 使机器人拥有类似人鼻的功能 只能识别有限的几种气体,一般机器人没有嗅觉 触觉 压力传感器、温度传感器、位移传感器 使机器人拥有类似人的皮肤和手的功能 发展水平较高,虽不如人的感觉敏锐,但能完成大部分要求 对点演练 2.现代生活离不开智能手机,手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的,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 A 解析 当人将手机靠近耳朵接听电话时,手机与耳朵之间的距离变短,并且耳朵会挡住光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,故选A。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好完成的(　　) A.汽车工业中自动焊接领域 B.深水探险 C.艺术体操和与人对话 D.机械加工 C 解析 现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术,还很难达到人对肢体的控制能力,其动作精确但较僵硬,与人对话能力还很差,在其他几个方面机器人都有上佳表现,故选C。 1 2 3 4 AC 2.(多选)某同学利用光敏电阻设计路灯自动控制系统。如图所示,电路中的 R1 和 R2,其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻。光敏电阻是由半导体材料制成的,受到光照射时,其导电性能显著增强。当R2两端的电压大于U0时,路灯控制开关自动开启,路灯点亮。下列说法正确的是(　　) A.R2为光敏电阻 B.R1和R2可以互换位置 C.定值电阻的阻值越大,开启路灯的天色越晚 D.定值电阻的阻值越大,开启路灯的天色越早 1 2 3 4 解析 由自动控制路灯的工作原理可知,当光暗到一定程度时,路灯能点亮,若R2是光敏电阻,光照变弱时其阻值变大,从而使R2两端的电压升高,当R2两端的电压大于U0时,路灯控制开关自动开启,故A正确,B错误;定值电阻的阻值越大,相同条件下R2两端的电压越小,则当电阻R2阻值变大更多,即天色更晚时,才能使R2两端的电压大于U0,路灯控制开关自动开启,路灯点亮,故C正确,D错误。 1 2 3 4 3.(2025黑龙江高三上阶段练习)某些智能手机和运动手环中有一种加速度传感器,可以实现计步的功能。这种传感器能够测量设备在不同方向上的加速度变化,原理如图。M和N为电容器两极板,M极板固定,N极板两端与两轻弹簧连接,当加速度变化时,N极板只能按图中标识的前后方向运动。下列对传感器描述正确的是(　　) A.由匀速突然向前加速时,电容器所带电荷量增大 B.由匀速突然向前加速时,M、N间的电场强度增大 C.若有电流由b到a流经电流表,则加速度方向向前 D.保持向前做匀速运动,电阻R将以恒定功率发热 C 1 2 3 4 解析 电容器两极板与电源始终相连,电压保持不变。由匀速突然向前加速时,N极板相对M极板向后运动,则M、N间距离变大,根据C=可知,电容器的电容减小,根据Q=CU可知,电容器所带电荷量减小,根据E=,可知M、N间的电场强度减小,故A、B错误;若有电流由b到a流经电流表,说明电容器在放电,电容器所带电荷量在减小,电容器的电容减小,M、N间距离变大,加速度向前,故C正确;保持向前做匀速运动时,N极板相对M极板不动,电容器的两板间距不变,而电容器的两端电压不变,回路中无电流,电阻R不发热,故D错误。 1 2 3 4 4.在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点,为什么测体温时一般不用水银温度计,而用红外线测温仪? 答案 用水银温度计测温时间长,同时又容易引起交叉感染,用红外线测温仪测温速度快,也不需要与人体直接接触,避免了交叉感染,因此用红外线测温仪较好。 =I总- $