第5章 2 常见传感器的工作原理（课件PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

该高中物理课件聚焦“传感器”核心章节，系统呈现常见传感器的工作原理，涵盖温度传感器电阻变化公式（R₀(1+θt)）、膨胀系数、光信号与电信号转换等关键知识点。通过预习案的问题导学（如电阻随温度变化的“变大/变小”判断）搭建学习支架，衔接前期电学知识（电阻、欧姆定律），为探究案的互动分析与提升案的应用演练奠定基础。 其特色在于采用“预习-探究-提升”三阶教学结构，以科学探究（问题提出、证据分析）和科学思维（模型建构、图表推理）为核心素养导向。例如通过电流-电阻曲线对比金属热电阻与热敏电阻特性，引导学生基于数据建构传感器模型，结合电路图等直观图形深化理解。这种设计既帮助学生掌握从理论公式到实际应用的思维路径，培养问题解决能力，也为教师提供结构化教学资源，提升课堂互动效率与知识落实效果。

第五章　传感器 2　常见传感器的工作原理 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第五章　传感器 1 减小 增大 栏目导航 第五章　传感器 1 增大 R0(1＋θt) 温度 栏目导航 第五章　传感器 1 膨胀系数 膨胀程度 启动器 栏目导航 第五章　传感器 1 光信号 电流 电压 栏目导航 第五章　传感器 1 变大 变小 变大 变小 变大 变小 变大 变小 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 谢谢观看 栏目导航 第五章　传感器 1 [学业要求] 1．了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻，知道其工作原理及作用。 2．了解传感器在日常生活和生产中的应用。 3．知道一些简单传感器的工作原理及过程。 一、温度传感器 1．热敏电阻温度传感器 (1)NTC热敏电阻：温度升高，电阻________。常用于测温、温度控制或过热保护。 (2)PTC热敏电阻：温度升高，电阻________。在某个特定温度附近时电阻急剧变化，适用于制成热保护开关。 2．热电阻温度传感器 (1)原理：金属丝的电阻随温度升高而________。 (2)电阻与温度的关系：R＝____________。 (3)应用：测________、测流量。 3．热双金属片温度传感器 (1)原理：不同金属的____________不同，将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体后，温度升高时，由于两面金属____________不同，双金属片受热变形，并且向膨胀系数小的一方弯曲。 (2)应用：日光灯__________，电机过热保护器等。 二、光传感器 1．作用：光传感器是转换__________的传感器。 2．原理：有些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生________或________，实现光信号向电信号的转化。 3．应用：自动门、光电式烟尘浓度计、光电式转速表。 三、力传感器 1．电阻应变片由半导体材料制成，当受到拉力时电阻________，受到压力时电阻________。 2．原理：受到拉力时，导体长度________，横截面积________，电阻________；受到压力时，导体长度________，横截面积________，电阻________(R＝ρeq \f(L,S))。 探究点一　对敏感元件的认识 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、电阻应变片比较 元件 特点 感变量 输出量 光敏 电阻 半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小 光照 强弱 电阻 热敏 电阻 和金 属热 电阻 (1)热敏电阻：指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线 (2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好 温度 电阻 电阻 应变 片 当导体拉伸时长度变长，横截面积变小，由R＝ρeq \f(L,S)知，其电阻变大，反之，当导体受压力时，长度变短，横截面积变大，电阻变小 形变量 电阻 霍尔 元件 霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在两极上形成稳定的电压UH＝eq \f(kIB,d) 磁感应 强度B 电压 　(多选)在温控电路中，通过热敏电阻的阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示的电路中，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时(　　) A．电容器C的带电荷量增大 B．电压表的读数增大 C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大 [解析]　当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝eq \f(E,R总)知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，选项B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，选项D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强公式E′＝eq \f(U2,d)知E′变大，由Q＝CU2可知Q增大，故选项A正确，C错误。 [答案]　AB ●核心素养·思维升华 含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 (1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小。 (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。 (3)分析部分电路的电压、电流如何变化。 1.(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 解析　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律I＝eq \f(E,r＋R)知电路中的电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，选项A正确，D错误；因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故选项B正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，选项C正确。 答案　ABC 探究点二　力传感器——电子秤 1．电子秤工作原理 eq \x(\a\al(金属梁自由,端受力F))→eq \x(\a\al(金属梁发,生弯曲))→eq \x(\a\al(应变片的,电阻变化))→eq \x(\a\al(两应变片上电,压的差值变化)) 2．应用：应变式传感器也常用于测量汽车载重、超市的电子秤以及测量汽车、卷扬机的牵引力等。 　(多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A，当拉环不受力时，滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)(　　) A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路 B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处 D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处 [解析]　若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝eq \f(U,R0＋R1)＝0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝eq \f(U,R0＋RPb)＝0.3 A，故D错误，C正确。 [答案]　ABC ●核心素养·思维升华 力学传感器的分析方法 (1)分析清楚力学传感器的工作原理，明确装置是如何将力这个非电学量转化为电学量是解决该类问题的关键。 (2)涉及电路计算时，注意欧姆定律及分压原理的应用。 2．(多选)关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是(　　) A．应变片由导体材料制成 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小 C．传感器输出的是金属架上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大 解析　应变片多用半导体材料制成，应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小，故选项A错误，B正确；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错误，D正确。 答案　BD 探究点三　光敏电阻的特点及工作原理 1．当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，即载流子数增多，于是导电能力明显增强。 2．光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的。它的特点是光照越强，电阻越小。它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 3．火灾报警器 (1)如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。 (2)烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。 　如图所示为会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是(　　) A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报 B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报 C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 D．以上说法均不正确 [解析]　由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C正确。 [答案]　C 3．(多选)如图所示，Rt为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　) A．热敏电阻温度升高，其他条件不变 B．热敏电阻温度降低，其他条件不变 C．光照增强，其他条件不变 D．光照减弱，其他条件不变 解析　电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于Rt减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。 答案　BD 1．(传感器的应用)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是电视机中的传感器把光信号转换为电信号的过程。下列属于这类传感器的是(　　) A．红外报警装置 B．走廊照明灯的声控开关 C．自动洗衣机中的压力传感装置 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器 解析　遥控器发出红外线，电视机中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以选项A正确。 答案　A 2．(光敏电阻的特性)如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是(　　) A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变 解析　滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果。 答案　A 3．(力传感器的应用)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法正确的是(　　) A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动 B．0～t1时间内，升降机可能匀减速上升 C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升 D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升 解析　在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻的压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故选项A错误，选项B正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，重物的加速度是变化的，故不可能做匀速运动或匀加速运动，选项C、D错误。 答案　B 4．(热敏电阻和金属热电阻的特性)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更____________(选填“敏感”或“不敏感”)。 解析　由R­t图像可知，该热敏电阻的阻值R在温度上升时变小，因此其导电能力增强；该热敏电阻相对于金属热电阻而言，对温度变化的响应更敏感。 答案　增强　敏感 $