第5章 第1节 常见传感器的工作原理（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版 福建专用）

本高中物理讲义聚焦传感器的工作原理及常见敏感元件，系统梳理传感器的定义、作用与组成，深入解析光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的特性及非电学量到电学量的转换原理，辅以多维度理解、微点拨及练习题构建学习支架。 资料以“逐点清”设计强化物理观念，通过实验探究光敏/热敏电阻特征培养科学探究能力，结合自动门、节能路灯等实例及电路动态分析典例提升科学思维，课中助力教师授课，课后练习题与思维建模帮助学生查漏补缺。

第5章　传感器及其应用 第1节　常见传感器的工作原理(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 知道非电学量转换成电学量的技术意义。 1.认识传感器构造，知道不同敏感元件的特性。 2.能发现生活中各式各样的传感器。 3.能通过实验探究光敏电阻及热敏电阻的特征。 4.知道传感器在生产生活中的重要作用。 逐点清(一)　初识传感器 [多维度理解] 1.定义 能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号(主要是电信号)的器件或装置。 2.作用 传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息采集和转化任务，把非电学量转化为电学量。 3.传感器的工作原理 传感器主要由敏感元件和转换元件组成。 (1)敏感元件：直接感受被测的量，并输出与被测的量有确定关系的信号。 (2)转换元件：将敏感元件输出的物理信号转换为便于显示、记录、处理和控制的电信号。 传感器的工作原理如图所示。 敏感元件转换元件 [微点拨] 1.处理传感器问题的两点注意 (1)传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于测量的量的一种装置，在处理实际问题时注意被测量与测量量之间的关系。 (2)传感器一般是把被测量转换成电学量，因此往往与电子元件一起构成回路，应注意电路分析。 2.传感器应用的一般模式 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)传感器是一种联络传递感知的设备。 (×) (2)传感器是一种感知、探测物理量的工具。 (×) (3)传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。 (√) 2.当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息 (　　) A.温度　　　　　　　 B.运动 C.人 D.红外线 解析：选D　自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门，D正确。 3.(双选)关于传感器，下列说法正确的是 (　　) A.麦克风工作时，将感受到的声音信号转化成电信号 B.电子秤工作时，将感受到的压力信号转化为电信号 C.烟雾传感器工作时，将感受到的烟雾浓度信号转化为电能，实现自动报警 D.声控灯工作时，将感受到的声音信号转化为电能给灯泡供电 解析：选AB　传感器是一种信号转换器，通常将感受到的外界信息按照一定的规律转换成可用输出信号，麦克风工作时将声音信号转化为电信号，电子秤工作时将受到的物体的压力大小的信息转化为电信号，选项A、B正确；烟雾传感器工作时将感受到的环境中的烟雾浓度信号转化为电信号，实现自动报警，并不是给报警器供电，选项C错误；声控灯工作时利用声控开关控制电路的通断，将声音信号转化为电信号，并不是给灯泡供电，选项D错误。 逐点清(二)　敏感元件 [多维度理解] 1.光敏元件——光敏电阻 (1)特点 光照越强，电阻越小。 (2)原因 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。 2.热敏元件——热敏电阻 (1)NTC热敏电阻：阻值随温度的升高而减小。 (2)PTC热敏电阻：阻值随温度的升高而增大。 3.磁敏元件——霍尔元件 (1)霍尔元件 如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件。霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。 (2)霍尔电压：UH=k，其中d为霍尔元件的厚度，k为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。 (3)用途：用霍尔元件制成的磁传感器可直接测量磁场的磁感应强度，也可以间接测量电流的大小。 [典例]　药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警系统原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是 (　　) A.温度升高，报警器两端电压减小 B.温度降低，热敏电阻的热功率一定增大 C.滑动变阻器接入电路的阻值越大，报警器越容易报警 D.滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关 [解析]　温度升高，热敏电阻的阻值减小，电路中总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压减小，则报警器两端电压减小，A正确；温度降低，热敏电阻的阻值增大，电路中总电阻增大，总电流减小，内电压减小，路端电压增大，则报警器两端电压增大，通过报警器的电流增大，通过热敏电阻的电流减小，根据热功率表达式P=I2R，可知热敏电阻的热功率不一定增大，B错误；若滑动变阻器接入电路的阻值很大，当热敏电阻的阻值变化时，报警器两端的电压变化量不大，报警器不容易报警，因此滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警有关，C、D错误。 [答案]　A [思维建模] 含传感器的电路动态分析的四点注意 (1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。 (2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。 (3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。 (4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭 合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。 [全方位练明] 1.对于确定的一个霍尔元件，若保持通入的电流不变，当磁感应强度增大时，霍尔电压UH应 (　　) A.不变　　　　　　 B.减小 C.增大 D.不确定 解析：选C　由UH=k可得，保持通入的电流不变，当磁感应强度B增大时，UH增大。 2.某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列判断正确的是 (　　) A.A灯变亮，B灯变暗 B.电源的效率变大 C.电源内阻消耗的功率变大 D.R1上电流的变化量等于R0上电流变化量 解析：选B　光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大，A灯变亮；支路R0上的电流减小，R0上的电压减小，又因为外电压增大，所以B灯电压增大，所以B灯变亮，故A错误；因为外电阻变大，根据η===1-可知，电源的效率变大，故B正确；因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；对于支路R0，有ΔI0=ΔIB+ΔI1，其中ΔI0<0，ΔIB>0，所以|ΔI0|<|ΔI1|，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $