第1节 常见传感器的工作原理（教学课件）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的定义、组成及光敏电阻、热敏电阻等常见类型的工作原理，通过指纹解锁、智能手环等生活实例导入，结合“神奇的小魔术”和西瓜成熟度检测案例，引导学生从现象探究过渡到“非电学量→电学量”转换原理的理解。 其亮点在于以物理观念建构为核心，通过对比金属热电阻与热敏电阻特性曲线培养科学思维，设计“探究热敏特性”实验任务落实科学探究。结合可燃气体报警器等应用案例，学生能提升知识应用能力，教师可借助清晰结构与丰富案例优化教学。

第5章 传感器及其应用 物理选择性必修第一册 •人教版2019 第1节 常见传感器的工作原理 当你用指纹解锁手机时，可曾想过指尖的纹路如何化作电子信号？当智能手环记录你的心跳，是否好奇身体信息如何被精密捕捉？答案：传感器！ 一辆普通家用车大约有60到100个传感器，而高端豪华车或新能源车型的传感器数量能超过200个。这些传感器遍布发动机、底盘、车身和检测系统，每秒能处理数千组数据，是汽车高效、稳定运行的“神经末梢”。你了解具体传感器的种类和工作原理吗？ 导入新课 物理观念 能明确传感器的组成（敏感元件、转换元件），理解光敏/热敏电阻、霍尔元件的工作原理，建立“非电学量→电学量”的转换认知模型。 科学思维 能分析不同传感器的信号转换规律，区分光敏/热敏电阻的特性差异，运用霍尔电压公式分析磁学量与电学量的关联，提升逻辑辨析能力。 科学探究 能设计“探究光敏/热敏电阻特性”的实验，控制变量（光照强度、温度）、记录数据、归纳特性，培养实验设计与数据分析能力。 科学态度 与责任 认识传感器在智能家居、工业控制等领域的应用价值，体会技术革新对生活的影响，树立科学技术服务社会的责任意识。 学习目标 重点难点 重点 掌握光敏/热敏电阻、霍尔元件的特性及“非电学量→电学量”转换原理。 难点 理解半导体特性、霍尔效应与传感器工作原理的内在关联。 小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关。如果把磁体 B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁体移走，灯泡熄灭。盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？ 神奇的小魔术 传感器作用：代替、补充、延伸人的感觉器官 视觉 嗅觉 听觉 味觉 触觉、温觉 光传感器 湿度、气体传感器 声音传感器 味传感器 压力、温度传感器 传感器定义:能够感知力、热、光等非电学量并转换为电学量，实现便捷测量、传输、处理和控制的器件或装置。 传感器的定义 01. 仅依靠听觉判断是难以把握西瓜的成熟程度的。能否用测量仪器来代替人耳，准确地判断西瓜的成熟程度呢? 辨别西瓜的成熟程度 传感器 计算机 敲击西瓜 麦克风将接收到的声音信号转化为电信号 麦克风 西瓜 计算机 显示信号波形 案例展示： 传感器的种类 02. 力传感器、磁传感器、声传感器等 温度传感器 压力传感器 磁传感器 离子传感器、气体传感器等 利用电化学气体传感器制成的可燃气体报警器 利用离子传感器制成的负氧离子传感器 烟雾报警器（物理+化学） 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等 利用葡萄糖生物传感器制成的血糖仪 利用生物传感器制成的心率仪 细胞传感器 2025央视春晚机器人跳舞节目：用到哪些传感器？ 2025年春晚机器人可能使用的传感器包括以下几种： 1. 视觉传感器：如摄像头和深度摄像头（如Kinect），用于图像识别、人脸识别和动作捕捉。 2. 声音传感器：麦克风用于语音识别和声源定位。 3. 触觉传感器：用于感知接触力和压力，帮助机器人实现精细操作。 4. 红外传感器：用于距离测量和障碍物检测。 5. 惯性测量单元（IMU）：包括加速度计和陀螺仪，用于姿态和运动检测。 6. 温度传感器：用于监测环境温度，确保设备正常运行。 7. 超声波传感器：用于近距离障碍物检测和距离测量。 8. 激光雷达（LiDAR）：用于环境扫描和地图构建。 9. 压力传感器：用于检测地面接触和平衡控制。 10. 接近传感器：用于检测物体接近，避免碰撞。 传感器：一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图所示： 敏感元件 转换元件 转换电路 被测量 电学量 敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。 转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。 转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等。 工作原理 03. 1.光敏电阻 1.特点：光照越强，电阻越小。 2.电阻变化的原因：光敏电阻的构成物质为硫化镉是半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；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。 R 光照 O 光敏电阻工作原理： 光照增强 半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加 材料的电阻率减小 2.金属热电阻和热敏电阻 01. 材料：金属 1.金属热电阻 R T o = 2.热敏电阻 材料：半导体材料 R T o 特性：阻值随温度的升高而增大 特性：阻值随温度的升高而减小 温度 电阻 金属热电阻和热敏电阻 温度传感器 与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 金属热电阻特性 热敏电阻特性 03. 3.电阻应变片 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。 应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。 1.金属电阻应变片 2.半导体电阻应变片 拉力→L变长→S变小→电阻变大 压力→L变短→S变大→电阻变小 金属的电阻应变效应 当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。 电子秤使用的测力装置：力传感器 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， 广泛应用于磁传感器中。 在其垂直方向施加磁感应强度为 B 的匀强磁场，将在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差为UH 的霍尔电压 4.霍尔元件 周期 课堂小结 霍尔元件 01 02 03 04 电阻应变片 特点：光照越强，电阻越小。 光敏电阻 金属热和热敏电阻 特性：阻值随温度的升高而增大 特性：阻值随温度的升高而减小 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。 定义：它能够感知诸如力、温度、光、声、磁场、化学成分等非电学量，转化成电学量。 第1节 常见传感器的工作原理 【参考答案】D 1.一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是（　　） A．光敏电阻 B．电阻应变片 C．热敏电阻 D．干簧管 提升训练 【参考答案】D 2.关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是（　　） A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域 B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量 C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作 D．生物传感器对生物物质敏感，因而对使用传感器的环境有一定的要求 提升训练 【参考答案】ABD 3.（多选）图中为传感器的应用，下列说法正确的是（　　） A．干簧管是利用磁场来控制电路的通断 B．当有烟雾进入火灾报警器罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化 C．红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度 D．电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换成电容这个电学量 提升训练 4.（多选）为了监测一氧化碳的浓度，某科技小组设计了一种报警装置，电路如图所示。RM是对一氧化碳敏感的电阻元件，当周围环境一氧化碳浓度增大时报警器S两端电压增大并发出警报声。E为内阻不计的电源，R1为一可变电阻，下列说法中正确的是（　　） A．当一氧化碳浓度增大时RM的阻值减小 B．当一氧化碳浓度增大时电流表A示数减小 C．适当增大电源电动势可以提高报警器的灵敏度 D．适当增大R1的阻值可以提高报警器的灵敏度 【参考答案】AC 提升训练 【参考答案】C 5.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 提升训练 【参考答案】AD 6.（多选）某种感温式火灾报警器如图甲所示，其简化的工作电路如图乙所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为滑动变阻器，为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测通过的电流触发报警。下列说法正确的是（    ） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变小 C．通过定值电阻的电流过大时，报警装置就会报警 D．若要调低预设的报警温度，可减小滑动变阻器连入电路的阻值 提升训练 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.33 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $