第1节 传感器及其工作原理-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦传感器及其工作原理核心知识点，从传感器的定义、组成与分类切入，逐步深入温度传感器（热敏电阻特性）、光电传感器（光敏电阻原理）及霍尔元件（磁电转换），构建从基础概念到具体应用的学习支架。 资料通过情境导入（如电子秤工作原理）和师生互动（如应变片电阻变化探究）引导科学探究，结合火警报警器、电熨斗等实例培养科学思维，课中辅助教师转化非电学量为电学量教学，课后例题与随堂演练助力学生巩固知识、查漏补缺。

第一节　传感器及其工作原理 【素养目标】　1.知道什么是传感器，知道传感器的分类；知道温度传感器、光电传感器的工作原理。2.体会将非电学量转化为电学量的等效思维。3.探究传感器中常用敏感元件的特点。4.借助传感器在生活、科技中的实例，感受传感器的应用对技术在信息时代的促进作用。 知识点一　传感器和传感器的分类 【情境导入】　温度传感器、光电传感器及力传感器等都是生活和生产中常用的传感器，请结合上述传感器思考电子秤是如何工作的。 提示：电子秤受到重物的压力，内部的称重传感器就会把受到的压力大小这一信息转化为电信号，并对电信号进行处理后，显示出对应重物质量的相应数字。 【教材梳理】 (阅读教材P119—P121完成下列填空) 1．传感器 像称重传感器这种能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置。传感器通常是将非电学量转化为电学量。 2．传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。 3．传感器的分类 根据检测量的不同，传感器可以分为物理传感器、化学传感器和生物传感器等。 (1)物理传感器主要利用被测物理量(如压力、温度、位移、亮度等)变化时，敏感元件的电学量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性制成，如压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等。 (2)化学传感器主要是基于化学反应的原理，将化学物质的成分、浓度等化学信息转化为电学量的传感器。 (3)生物传感器是一种基于酶、抗体和 激素等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器。 【师生互动】　如图所示，金属丝是一种“应变片”，它将金属片的形变转换成电阻的变化，配以适当的电桥电路就能输出与作用力成一定关系的电压来显示力的大小。思考：压力增大时，上表面应变片的电阻和下表面应变片的电阻分别如何变化？ 提示：压力增大，上表面金属丝被拉伸，电阻变大，下表面金属丝被压缩，电阻变小。 关于传感器，下列说法正确的是(　　) A．所有传感器都是由半导体材料制成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D．水银温度计是一种传感器 答案：B 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等，A错误，B正确；传感器通常是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误。 学生用书第117页 针对练．(2024·江西南昌高二统考期中)宾馆天花板上安装的火警报警器，如图所示。当发生火灾时，产生的烟雾进入报警器，由于光的散射作用，一部分光照射到微电路中的三极管上，导致三极管的电阻变化，继电器工作报警。火警报警器用到的传感器和下列哪个装置用到的传感器种类相同(　　) A．夜间自动打开的路灯 B．银行门口的自动感应门 C．无线遥控器 D．自动恒温冰箱 答案：A 解析：当火灾报警器周围有烟雾时，经过光的散射作用，光信号转换成电信号，从而发出警报，属于可见光传感器。夜间自动打开的路灯是利用了可见光传感器，A正确；银行门口的自动感应门，应用了红外线传感器，B错误；无线遥控器，顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置，电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，C错误；自动恒温冰箱利用了温度传感器，D错误。故选A。 知识点二　温度传感器的原理 【教材梳理】 (阅读教材P121—P123完成下列填空) 1．温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置。 2．常见温度传感器的敏感元件有热敏电阻、热电偶、热双金属片等。 3．热敏电阻 (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。 (2)热敏电阻的分类 ①正温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而增加； ②负温度系数热敏电阻，它的阻值随温度的上升而下降； ③临界温度系数热敏电阻，它的阻值在很小的温度范围内急剧下降。 【师生互动】　如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 提示：由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏。 (多选)金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，所以都可以用于制作温度传感器。它们的电阻随温度的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　) A．图线a是金属热电阻的电阻随温度变化的曲线，用它来测量温度，测量范围大，稳定性好 B．图线a是金属热电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显 C．图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，用它来测量温度，测量范围大，稳定性好 D．图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显 答案：AD 解析：金属热电阻的电阻率会随温度的升高而增大，所以电阻也会随温度的升高而增大，为图线a，由于它的电阻与温度呈线性关系，随温度的变化不是非常明显，所以用它来测量温度，测量范围大，稳定性好，故选项A正确，B错误；图线b是热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，它的电阻随温度的变化非常明显，测温范围小，故选项C错误，D正确。 (多选) 电熨斗已经走进千家万户，特别是服装店更离不开它，现在的电熨斗具有自动控制温度功能，可以通过双金属片来控制电路的通断。如图为电熨斗的结构示意图，下列关于电熨斗控制电路的说法正确的是(　　) A．常温下，电熨斗的上、下触点应该是分离的 B．图中双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数 C．熨烫棉麻衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升 D．熨烫丝绸衣物时，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升 答案：BD 解析：常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故A错误；当温度升高时，金属片向膨胀系数小的发生弯曲，触点断开，故双金属片上层金属片的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数，故B正确；熨烫棉麻衣物时，需要较高温度熨烫，要调节调温旋钮，使升降螺钉下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高时，金属片发生弯曲程度较大时触点才断开，故C错误；熨烫丝绸衣物时，需要较低温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升，故D正确。 学生用书第118页 知识点三　光电传感器的原理 【情境导入】　如图所示的实验中，光照强度越大，电流表示数越大，说明光敏电阻的阻值随光照强度的变化规律？ 提示：光照强度越大，光敏电阻的阻值越小。 【教材梳理】 (阅读教材P123完成下列填空) 1．光电传感器是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转化成电信号的传感器。 2．光敏电阻是光电传感器的敏感元件。一般用半导体材料制成。无光照射时，光敏电阻的阻值较大；有光照射时，光敏电阻的阻值较小，并且随光照的增强而减小。 3．光敏电阻可以将光照强度这一光学量转化为电阻这一电学量。 【师生互动】　在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图为光敏电阻 自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。此光电计数器的基本工作原理是什么？ 提示：当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次。 (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 答案：ABC 解析：当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，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，A项正确，D项错误；因路端电压减小，且R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，又因干路电流增大，可知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，B、C项正确。 知识点四　霍尔元件 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。一般用于电机中测定转子的转速，如录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等。 1．霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，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作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)。 2．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡。 3．霍尔电压：UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)。其中UH与B成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量。 学生用书第119页 (多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)(　　) A．将永磁铁的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大 B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化 答案：ABD 解析：将永磁铁的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH将变大，A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北方向时，B才与工作面垂直，C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面的大小发生变化，UH将发生变化，D正确。 1．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(　　) A．传感器一般是把非电学量转换为电学量或转换为电路的通断 B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量、传输、处理和控制 D．电磁感应是把磁学量转换成电学量，所以电磁感应也是传感器 答案：AC 解析：根据传感器的概念和工作原理可以判断A、C正确，B错误；电磁感应是现象，既不是器件，也不是装置，不能称为传感器，D错误。 2．在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的(　　) A．物理传感器 B．化学传感器 C．生物传感器 D．温度传感器 答案：C 解析：这种检测三聚氰胺的方法为酶标法，所以其原理应该是利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。 3．(2024·佛山市高二期中)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是(　　) A．仅光照变强，小灯泡变暗 B．仅光照变弱，小灯泡亮度不变 C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变暗 D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变暗 答案：D 解析：仅光照变强，光敏电阻阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，小灯泡变亮，故A错误；仅光照变弱，光敏电阻阻值增大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流减小，小灯泡变暗，故B错误；仅将滑片向a端滑动，滑动变阻器接入电路中的阻值变小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大，小灯泡变亮，故C错误；仅将滑片向b端滑动，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流减小，小灯泡变暗，故D正确。 4．额温枪的原理是通过传感器接收红外线得出感应温度数据。某同学在实验室中用图甲所示电路验证额温枪测量温度的准确性，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻忽略不计，R0＝15 Ω，热敏电阻的阻值与温度的关系如图乙所示，则： (1)温度越高时，电压表示数________(选填“越大”或“越小”)； (2)闭合开关后，发现电压表示数为0.45 V，则热敏电阻此时的温度为________℃(保留1位小数)。 答案：(1)越大　(2)40.0(39.8～40.2均可) 解析：(1)分析题图甲可知热敏电阻RT与R0串联，电压表测R0两端电压U0，当热敏电阻温度升高时，由题图乙可知，热敏电阻阻值变小，电路电流I0变大，R0两端电压即电压表示数U0变大，即温度越高时，电压表示数越大。 (2)当电压表为U′＝0.45 V时，根据串联电路的特点可知通过RT的电流 I＝I′＝＝ A＝0.03 A 热敏电阻RT两端的电压 U＝E－U′＝1.5 V－0.45 V＝1.05 V 则RT的阻值R＝＝ Ω＝35 Ω 对照题图乙可知，被测物体的温度大约为40.0 ℃。 学科网（北京）股份有限公司 $