1. 传感器及其敏感元件（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

第1节 传感器及其敏感元件 1.物理观念：通过实验探究，认识传感器是一种能够把诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量按照一定的规律转换为便于传送和处理的电信号的元件。 2.科学思维：知道非电学量转化为电学量的技术意义,通过传感器的工作原理及敏感元件的特性体会物理模型在探索自然规律中的作用。 3.科学探究：通过观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程。 4.科学态度与责任：通过传感器在生活、科技中的实例感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。 1.知道什么是传感器，了解传感器的种类与组成(重点)。 2.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻传感器的特点及应用(难点)。 【知识回顾】 第八章 电磁振荡与电磁波 第4节 电磁波的应用 一、电磁波谱 1.电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。不同电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 二、电磁波谱主要成员及其应用 1.γ射线：波长最短的电磁波。波长小于10－10m。具有很高的能量；更强的穿透能力，用于医学治疗γ刀、金属探伤。 2.X射线（伦琴射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。波长约为 10－11~10－8m，具有很强的穿 透能力，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官。 3.紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约4×10－8~4×10－7m，具有较强的荧光效应,不能引起人的视觉，荧光、化学作用、杀菌消毒。 4.能使人的眼睛产生视觉效应的电磁波，可见光的波长在4×10－7m~7×10－7m之间，用于观察物体，照相等。 5.红外线是一种光波，其波长范围很宽，约7×10－7m~１×10－3m，具有显著的热效应，红外遥感技术和红外体温计。 6.无线电波的波长范围约为10－3m~107m，低频波绕射能力强，主要用于通信、广播及其他信号传输。 三、电磁波应用实例 1.微波炉 2.无线通信技术与蓝牙、WiFi 3.手机通信的蜂窝网络与 5G 技术等。 【自主预习】 第九章 传感器 第1节 传感器及其敏感元件 一、传感器 1.定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(通常是电压、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置。 2.非电学量转化成电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。 二、传感器的敏感元件 敏感元件：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。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 三、传感器的分类 1.按测量的物理量分类，可分为位移、力、温度、磁场传感器等； 2.按工作原理分类，可分为热电偶、霍尔器件、光电传感器等； 3.按其基本感知功能分类，可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等； 4.按输出信号的性质分类，可分为输出为开关量（“1”和“0”，或“开”和“关”）的开关型传感器、输出为模拟信号的模拟型传感器和输出为脉冲或代码的数字型传感器。 思考与讨论1 一、传感器 1.如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？ (2)干簧管的作用是什么？ 答案 (1)灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。 (2)干簧管起到开关的作用。 2.结合教材，小组合作，总结一下传感器的有关知识。 答案 传感器 (1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(通常是电压、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置。 (2)非电学量转化成电学量的意义：把非电学量转化为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。 思考与讨论2 二、传感器的敏感元件 自主活动1：探究在不同光照下的光敏电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 用多用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。 结论:(1)光敏电阻在光照强度改变的时候电阻值会变化,普通电阻的阻值不变。 (2)光敏电阻在光线较暗的环境里电阻大，在强光照射下电阻很小。 自主活动2：探究在不同温度下的金属热电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 实验电路如图所示 结论:金属热电阻值随温度的升高而增大。 自主活动3：探究在不同温度下的热敏电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 用多用电表的欧姆挡测量热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心焐一焐热敏电阻再测量，记录两次测得的阻值。 结论:热敏电阻的阻值会随着温度的升高而减小。 查阅资料，说说热敏电阻和光敏电阻在生活中有哪些具体应用？ 答案 （1）热敏电阻在生活中的具体应用 电饭煲、饮水机通过热敏电阻监测温度，实现自动加热或保温；空调、暖气系统用于环境温度检测；手机/电脑电池温度监控，防止过热；电子体温计等。 （2）光敏电阻在生活中的具体应用 路灯、楼道灯的光控开关；汽车自动大灯控制；太阳能庭院灯的光照感应；智能窗帘的光照强度检测；火灾报警器的烟雾遮光检测；电子玩具的光线感应互动等。 思考与讨论3 三、传感器的分类 生活中有各类传感器，请同学们结合教材内容，对传感器进行分类。 答案 传感器的分类 1.按测量的物理量分类，可分为位移、力、温度、磁场传感器等； 2.按工作原理分类，可分为热电偶、霍尔器件、光电传感器等； 3.按其基本感知功能分类，可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等； 4.按输出信号的性质分类，可分为输出为开关量（“1”和“0”，或“开”和“关”）的开关型传感器、输出为模拟信号的模拟型传感器和输出为脉冲或代码的数字型传感器。 课堂小结： 1.关于传感器，下列说法正确的是(　　) A.金属材料不可以制成传感器 B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的 C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的 D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号 答案　D 解析　传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故C错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号的，D正确。 2. (多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　) A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B.传感器可以用来采集信息 C.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 答案　BC 解析　传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，但并不是将所有感受到的信号都转换为电学量，所以C正确，D错误。 3.金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是(　　) 答案　C 解析　根据电阻的定义式R=，可知，I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻值的倒数，金属铂的电阻值随温度的升高而增大，则I-U图线上的点与坐标原点连线的斜率随着电压增大逐渐减小，故选C。 4.(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察电阻表的示数，下列说法中正确的是(　　) A.置入热水中与不置入热水中相比，电阻表示数变化较大的一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比，电阻表示数不变化的一定是定值电阻 C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，电阻表示数变化较大的一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，电阻表示数相同的一定是定值电阻 答案　AC 解析　热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。 5. (多选)为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是(　　) A.外界光照强度增加时，电流表示数减小 B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C.该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮 D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大 答案　BD 解析　外界光照强度增加时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由I总＝可知电路中总电流增大，电流表示数增大，故A错误；电路中总电流增大，由U内＝I总r可知电源内压增大，由E＝U内＋U外可知外压减小，所以灯泡A中的电流IA减小，由I总＝IA＋IR0可知外界光照强度增加时，通过R0的电流增加，故B正确；外界光照强度增加时，灯泡A中的电流IA减小，A灯变暗，由于通过R0的电流增加，所以R0两端的电压增大，又外压减小，因此B灯两端的电压减小，所以B灯变暗；又电路中总电流增大，电源消耗功率P内＝I2r增大，所以该电路不可用于实际光控路灯中，故C错误，D正确。 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 $ 第1节 传感器及其敏感元件 1.物理观念：通过实验探究，认识传感器是一种能够把诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量按照一定的规律转换为便于传送和处理的电信号的元件。 2.科学思维：知道非电学量转化为电学量的技术意义,通过传感器的工作原理及敏感元件的特性体会物理模型在探索自然规律中的作用。 3.科学探究：通过观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程。 4.科学态度与责任：通过传感器在生活、科技中的实例感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。 1.知道什么是传感器，了解传感器的种类与组成(重点)。 2.知道光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻传感器的特点及应用(难点)。 【知识回顾】 第八章 电磁振荡与电磁波 第4节 电磁波的应用 一、电磁波谱 1.电磁波谱：按电磁波的 大小或 高低的顺序排列成谱，叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、 、紫外线、X射线、γ射线等。不同电磁波具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 二、电磁波谱主要成员及其应用 1.γ射线：波长 的电磁波。波长小于10－10m。具有很高的能量；更强的穿透能力，用于医学治疗γ刀、金属探伤。 2.X射线（伦琴射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。波长约为 10－11~10－8m，具有 的穿 透能力，用来检查金属构件内部有无裂纹或气孔，医学上用于检查人体的内部器官。 3.紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约4×10－8~4×10－7m，具有较强的 效应,不能引起人的视觉，荧光、化学作用、杀菌消毒。 4.能使人的眼睛产生 效应的电磁波，可见光的波长在4×10－7m~7×10－7m之间，用于观察物体，照相等。 5.红外线是一种光波，其波长范围很宽，约7×10－7m~１×10－3m，具有显著的 ，红外遥感技术和红外体温计。 6.无线电波的波长范围约为10－3m~107m， 波绕射能力强，主要用于通信、广播及其他信号传输。 三、电磁波应用实例 1. 2.无线通信技术与蓝牙、WiFi 3.手机通信的蜂窝网络与 5G 技术等。 【自主预习】 第九章 传感器 第1节 传感器及其敏感元件 一、传感器 1.定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的 (通常是 、电流等电学量)输出，或转换为电路的通断的器件或装置。 2.非电学量转化成电学量的意义：把 量转换为 ，可以方便地进行测量、传输、处理 和 。 二、传感器的敏感元件 敏感元件：能直接感受或响应外界被测 量的部分，完成检测功能。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种 效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 三、传感器的分类 1.按测量的物理量分类，可分为位移、 、温度、磁场传感器等； 2.按工作原理分类，可分为热电偶、霍尔器件、 传感器等； 3.按其基本感知功能分类，可分为 元件、 元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等； 4.按输出信号的性质分类，可分为输出为开关量（“1”和“0”，或“开”和“关”）的 型传感器、输出为模拟信号的模拟型传感器和输出为脉冲或代码的数字型传感器。 思考与讨论1 一、传感器 1.如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？ (2)干簧管的作用是什么？ 2.结合教材，小组合作，总结一下传感器的有关知识。 思考与讨论2 二、传感器的敏感元件 自主活动1：探究在不同光照下的光敏电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 用多用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。 自主活动2：探究在不同温度下的金属热电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 实验电路如图所示 自主活动3：探究在不同温度下的热敏电阻值。请根据实验现象，得出你的实验结论。 用多用电表的欧姆挡测量热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心焐一焐热敏电阻再测量，记录两次测得的阻值。 查阅资料，说说热敏电阻和光敏电阻在生活中有哪些具体应用？ 思考与讨论3 三、传感器的分类 生活中有各类传感器，请同学们结合教材内容，对传感器进行分类。 课堂小结： 1.关于传感器，下列说法正确的是(　　) A.金属材料不可以制成传感器 B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的 C.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的 D.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号 2. (多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　) A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B.传感器可以用来采集信息 C.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 3.金属铂的电阻值对温度的变化非常“敏感”，所以可以利用铂的电阻值随温度变化的性质制成铂电阻温度传感器，如图所示的I-U图像中能表示金属铂的电阻值变化情况的是(　　) 4.(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察电阻表的示数，下列说法中正确的是(　　) A.置入热水中与不置入热水中相比，电阻表示数变化较大的一定是热敏电阻 B.置入热水中与不置入热水中相比，电阻表示数不变化的一定是定值电阻 C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，电阻表示数变化较大的一定是光敏电阻 D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比，电阻表示数相同的一定是定值电阻 5. (多选)为了助力未来乡村建设，小明设计了如图所示的农村光控路灯电路，以实现自动亮度控制。图中A、B为相同灯泡，电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小。下列判断正确的是(　　) A.外界光照强度增加时，电流表示数减小 B.外界光照强度增加时，通过R0的电流增加 C.该电路可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，A灯、B灯均变亮 D.该电路不可用于实际光控路灯中，因为外界光照强度增加时，电源消耗功率增大 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 $