2. 常见传感器的工作原理及应用（导学案）物理人教版选择性必修第二册

2. 常见传感器的工作原理及应用 1. 物理观念：掌握光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的核心特性及转换规律，理解电容式位移传感器、霍尔传感器的工作机制，建立“特性—原理—应用”的认知关联。 2. 科学思维：通过分析实验数据归纳传感器特性规律，拆解复杂应用的转换链条，对比不同传感器的优缺点，提升数据处理、逻辑分析与模型建构能力。 3. 科学探究：参与传感器特性探究实验，规范操作并记录数据，设计简易传感器应用方案，培养实验操作、质疑与创新能力。 4. 科学态度与责任：认识传感器在生活、生产中的广泛应用，体会物理知识与技术的紧密联系，树立正确的科技应用观和社会责任意识。 1. 光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及核心特性。 2. 各类传感器的典型应用场景，“非电学量→电学量”的转换逻辑链条。 1. 半导体导电机理对光敏电阻、热敏电阻特性的影响。 2. 应变效应、霍尔效应的微观机制理解。 3. 复杂应用场景中传感器工作流程的拆解与分析。 （一）知识回顾 1. 传感器的核心功能是将______转换为______。 2. 电阻的大小与导体的______、______、______及______有关。 3. 电容器的电容与______、______、______有关。 （二）预习新知 1. 光敏电阻的电阻随光照强度增大而______，其原理与半导体______浓度变化有关。 2. 金属热电阻的电阻随温度升高而______，热敏电阻的电阻随温度升高而______。 3. 电阻应变片利用______效应，将______转换为电阻变化。 4. 霍尔传感器将______转换为______，应用于电动车调速等场景。 （三）预习疑问 1. 金属热电阻与热敏电阻的应用场景为何不同？ 2. 霍尔效应的微观机制是什么？ （一）光敏电阻——光学量→电阻 1.结构与实物： 特定材料与材料特征：______，它有光，______；无光，______。 2 实验探究：将光敏电阻与多用电表（欧姆挡）连接，分别在暗环境、弱光、强光下测量电阻，记录数据： 暗环境：电阻______；弱光：电阻______；强光：电阻______。 结论： ①光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的变化阻值______，强光照射下电阻值很小; ②光敏电阻能够把______这个光学量转换为______这个电学量。 3. 原理分析：光照增强时，半导体中载流子（自由电子和空穴）浓度______，电阻率______，电阻变小，实现“光照强度→电阻”的转换。 4. 应用实例： 分析计数器如何工作？ 自动感应水龙头如何利用光敏电阻工作？ 5. 填空：光敏电阻的核心特性是______，典型应用有______、______。 （二）温度传感器——热学量→电阻 1.原理与特性 特性：金属的电阻率随温度的升高而______ 应用——电阻温度计 原理：把______这个热学量转换为______这个电学量。 2. 金属热电阻（铂电阻）： 金属热电阻（铂电阻）：加热时电阻______，特性是______，应用于______。 3. NTC型热敏电阻 热敏电阻（NTC型）：加热时电阻______，特性是______，应用于______。 4. 填表对比： 传感器类型 电阻-温度关系 优点 缺点 典型应用 金属热电阻 ______ ______ ______ ______ 热敏电阻（NTC） ______ ______ ______ ______ 5. 应用分析：液位报警装置中，油位低时热敏电阻为何会使指示灯亮？ （三）电阻应变片——力学量→电阻 1. 原理探究： 金属应变片受拉力时，长度______、横截面积______，电阻______；受压力时则相反，这是______效应。 核心功能：将______转换为______。 2. 应用：电子秤的工作流程为：物体称重→______→应变片形变→______→______→处理器处理→显示重量。 3. 思考：半导体应变片的灵敏度为何更高？ （四）拓展传感器 1. 电容式位移传感器： 工作原理：通过改变电容器的______、______或______，将“位移”转换为“电容”。 应用：测量______、______。 2. 霍尔传感器： 原理简化：匀强磁场中，载流导体的带电粒子在______力作用下偏转，形成______，实现“磁场强度→电压”的转换。 应用分析：电动车转把如何调节车速？ 课堂小结 1. 下列关于光敏电阻的说法正确的是（ ） A. 光照越强，电阻越大 B. 其特性由半导体载流子变化决定 C. 适用于高温精密测温 D. 属于力学量传感器 2. 金属热电阻与NTC型热敏电阻的共同特性是（ ） A. 温度升高，电阻增大 B. 适用于宽范围测温 C. 实现“温度→电阻”的转换 D. 灵敏度极高 3.(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。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 4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是(　　) A．0到t1时间内，升降机一定静止 B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 常见传感器的工作原理及应用 1. 物理观念：掌握光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的核心特性及转换规律，理解电容式位移传感器、霍尔传感器的工作机制，建立“特性—原理—应用”的认知关联。 2. 科学思维：通过分析实验数据归纳传感器特性规律，拆解复杂应用的转换链条，对比不同传感器的优缺点，提升数据处理、逻辑分析与模型建构能力。 3. 科学探究：参与传感器特性探究实验，规范操作并记录数据，设计简易传感器应用方案，培养实验操作、质疑与创新能力。 4. 科学态度与责任：认识传感器在生活、生产中的广泛应用，体会物理知识与技术的紧密联系，树立正确的科技应用观和社会责任意识。 1. 光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及核心特性。 2. 各类传感器的典型应用场景，“非电学量→电学量”的转换逻辑链条。 1. 半导体导电机理对光敏电阻、热敏电阻特性的影响。 2. 应变效应、霍尔效应的微观机制理解。 3. 复杂应用场景中传感器工作流程的拆解与分析。 （一）知识回顾 1. 传感器的核心功能是将______转换为______（非电学量；电学量或电路通断）。 2. 电阻的大小与导体的______、______、______及______有关（长度；横截面积；材料；温度）。 3. 电容器的电容与______、______、______有关（极板正对面积；极板间距；电介质）。 （二）预习新知 1. 光敏电阻的电阻随光照强度增大而______（减小），其原理与半导体______浓度变化有关（载流子）。 2. 金属热电阻的电阻随温度升高而______（增大），热敏电阻（NTC型）的电阻随温度升高而______（显著减小）。 3. 电阻应变片利用______效应，将______转换为电阻变化（应变；物体形变）。 4. 霍尔传感器将______转换为______（磁场强度；电压），应用于电动车调速等场景。 （三）预习疑问 1. 金属热电阻与热敏电阻的应用场景为何不同？ 2. 霍尔效应的微观机制是什么？ （一）光敏电阻——光学量→电阻 1.结构与实物： 特定材料与材料特征：______（硫化镉），它有光，______（电阻率小）；无光，______（电阻率大）。 2 实验探究：将光敏电阻与多用电表（欧姆挡）连接，分别在暗环境、弱光、强光下测量电阻，记录数据： 暗环境：电阻______（大）；弱光：电阻______（中等）；强光：电阻______（小）。 结论： ①光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的变化阻值______（不断减小），强光照射下电阻值很小; ②光敏电阻能够把______（光照强弱）这个光学量转换为______（电阻）这个电学量。 3. 原理分析：光照增强时，半导体中载流子（自由电子和空穴）浓度______（增加），电阻率______（减小），电阻变小，实现“光照强度→电阻”的转换。 4. 应用实例： 分析计数器如何工作？ （无物品→光照→电阻小→电压低；有物品→挡光→电阻大→电压高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。） 自动感应水龙头如何利用光敏电阻工作？ （手靠近遮挡光照，电阻变化触发出水开关） 5. 填空：光敏电阻的核心特性是______（光照强→电阻小），典型应用有______、______（自动感应水龙头；路灯自动控制）。 （二）温度传感器——热学量→电阻 1.原理与特性 特性：金属的电阻率随温度的升高而______（增大） 应用——电阻温度计 原理：把______（温度）这个热学量转换为______（电阻）这个电学量。 2. 金属热电阻（铂电阻）： 金属热电阻（铂电阻）：加热时电阻______（增大），特性是______（化学稳定性好、测温范围大，灵敏度低），应用于______（电阻温度计）。 3. NTC型热敏电阻 热敏电阻（NTC型）：加热时电阻______（显著减小），特性是______（灵敏度高，化学稳定性差、测温范围小），应用于______（液位报警、温控电路）。 4. 填表对比： 传感器类型 电阻-温度关系 优点 缺点 典型应用 金属热电阻 ______（温度升高，电阻增大） ______（化学稳定性好、测温范围大） ______（灵敏度差） ______（精密测温、电阻温度计） 热敏电阻（NTC） ______（温度升高，电阻显著减小） ______（灵敏度高） ______（化学稳定性差、范围小） ______（液位报警、温控电路） 5. 应用分析：液位报警装置中，油位低时热敏电阻为何会使指示灯亮？ （油位低时，热敏电阻无冷却，温度升高，电阻变小，电路导通，指示灯亮） （三）电阻应变片——力学量→电阻 1. 原理与特性： 金属应变片受拉力时，长度______（变长）、横截面积______（变小），电阻______（变大）；受压力时则相反，这是______效应（应变）。 核心功能：将______（物体形变）转换为______（电阻变化）。 2. 应用：电子秤的工作流程为：物体称重→______（金属梁弯曲）→应变片形变→______（电阻变化）→______（电信号转换）→处理器处理→显示重量。 3. 思考：半导体应变片的灵敏度为何更高？ （利用压阻效应，外力直接改变电阻率） （四）拓展传感器 1. 电容式位移传感器： 工作原理：通过改变电容器的______、______或______，将“位移”转换为“电容”（极板正对面积；极板间距；电介质）。 应用：测量______、______（角度；液面高度）。 2. 霍尔传感器： 原理简化：匀强磁场中，载流导体的带电粒子在______力作用下偏转，形成______，实现“磁场强度→电压”的转换（洛伦兹；霍尔电压）。 应用分析：电动车转把如何调节车速？ （转把转动改变磁铁与霍尔元件的相对位置→磁场变化→霍尔电压变化→控制器调节车速） 课堂小结 1. 下列关于光敏电阻的说法正确的是（ ） A. 光照越强，电阻越大 B. 其特性由半导体载流子变化决定 C. 适用于高温精密测温 D. 属于力学量传感器 答案：B。 解析：光敏电阻光照越强电阻越小，A错误；特性由半导体载流子变化决定，B正确；不适用于高温测温，C错误；属于光学量传感器，D错误。 2. 金属热电阻与NTC型热敏电阻的共同特性是（ ） A. 温度升高，电阻增大 B. 适用于宽范围测温 C. 实现“温度→电阻”的转换 D. 灵敏度极高 答案：C。解析：NTC型热敏电阻温度升高电阻减小，A错误；热敏电阻测温范围窄，B错误；二者均实现“温度→电阻”转换，C正确；金属热电阻灵敏度低，D错误。 3.(多选)电阻R随温度T变化的图像如图所示。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 答案　BD 解析　金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成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，但灵敏度差，图线2对应的材料化学稳定性差，但灵敏度高，所以C错误，D正确。 4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是(　　) A．0到t1时间内，升降机一定静止 B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动 C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化 D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动 答案　C 解析　从0～t1时间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1～t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确；t2～t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN′－mg＝ma′，合力向上，加速度向上且大小不变，所以t2～t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $