第5章 第1、2节 认识传感器 常见传感器的工作原理及应用（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版 江苏专用）

　第五章　传感器 第1、2节　认识传感器　常见传感器的工作原理及应用 (强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.知道非电学量转换成电学量的技术意义。 2.通过实验,了解常见传感器的工作原理。 3.列举传感器在生产生活中的应用。 1.知道力传感器、温度传感器、光传感器的应用。 2.对传感器的应用实例理解分析。 3.通过演示实验,探究电子秤、电熨斗、电饭锅、火灾报警器的工作原理。 逐点清(一)　认识传感器 [多维度理解] 1.传感器 (1)传感器的定义: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输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等　　　　量,或转换为电路的　　　　。  (2)把非电学量转换为电学量的意义:把非电学量转换为电学量,可以很方便地进行测量、　　　　、处理和　　　　。  2.传感器的组成:传感器的基本部分一般由　　　　、　　　　组成。  3.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 3.(2025·江苏泰州阶段练习)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.所有传感器都是由半导体材料做成的 C.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 D.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的 逐点清(二)　常见传感器的工作原理及应用 [多维度理解] 1.光敏电阻 (1)特点:光照越强,电阻　　　　。  (2)原理:无光照时,载流子极少,导电性能　　　　;随着光照的增强,载流子　　　　,导电性　　　　。  (3)作用:把　　　　这个光学量转换为　　　这个电学量。  2.金属热电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作　　　传感器,称为热电阻,如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。  3.热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成,其电阻随温度的变化非常　　　,如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。  4.电阻应变片 (1)电阻应变片的工作原理 ①金属的电阻应变效应:金属导体在外力作用下发生机械形变(伸长或缩短)时,其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化。 ②半导体材料的压阻效应:当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时,其电阻率发生变化。 (2)力传感器——电子秤 ①组成:由金属梁和电阻应变片组成。 ②工作原理 ③作用:力传感器将　　　　　这个力学量转换为　　　　这个电学量。  5.光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析 特性 原因 光敏电阻 光照越强,电阻越小 光照增强,载流子增多,电阻减小 金属热电阻 温度越高,电阻越大 温度升高,金属电阻率增大,电阻增大 热敏电阻 负温度系数 的热敏电阻 温度越高,电阻越小 温度升高,载流子增多,电阻减小 正温度系数 的热敏电阻 温度越高,电阻越大 温度升高,载流子减少,电阻增大 [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 听课记录: [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.下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 (　　) A.应变片都是由半导体材料制成的 B.当应变片拉伸时,其电阻变小;反之变大 C.传感器输出的是应变片上的电压 D.外力越大,输出的电压差值也越大 2.(2025·常州阶段练习)某光控开关控制电路如图所示,R1为光敏电阻(电阻值随光照强度的减弱而增大),R2为滑动变阻器,电源内阻忽略不计。当光控开关两端电压升高到一定值时,照明系统打开。以下说法正确的是 (　　) A.光照强度减弱时,光控开关两端电压降低 B.将R2的滑片P向下滑动,能使傍晚时照明系统更早打开 C.将R2的滑片P向上滑动,能使傍晚时照明系统更早打开 D.保持R2的滑片P位置不变,换用电动势更小的电源,能使傍晚时照明系统更早打开 逐点清(三)　霍尔元件　电容式传感器 [多维度理解] 1.霍尔元件及工作原理 (1)霍尔元件 如图所示,在一个很小的矩形导体薄片上,制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件。 (2)工作原理 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用,从而在导体板的一侧聚集,以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷,从而形成电场;横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板左、右两侧会形成稳定的电压,设导体板左、右两侧的距离为l,导体板的厚度为d,则q=qvB。 根据电流的微观解释I=nqSv=nqldv,得UH=。 令k=,因n为单位体积内载流子的个数,q为单个载流子的电荷量,它们均为常数,所以UH=k。UH与B成正比,这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。 2.常见电容式传感器 名称 示意图及原理分析 测定角度θ的电容式传感器 当动片与定片之间的角度θ发生变化时,引起极板正对面积S的变化,使电容C发生变化,知道电容C的变化情况,就可以知道角度θ的变化情况 测定液面高度h的电容式传感器 在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放入导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两个极,导线芯外面的绝缘物质就是电介质,液面高度h发生变化时,引起正对面积变化,使电容C发生变化,知道电容C的变化情况,就可以知道液面高度h的变化情况 测定压力F的电容式传感器 待测压力F作用于可动膜片的电极上时,膜片发生形变,使极板间距离d发生变化,引起电容C的变化,知道电容C的变化情况,就可以知道压力F的变化情况 测定位移x的电容式传感器 随着电介质板进入极板间的长度发生变化,电容C发生变化,知道电容C的变化情况,就可以知道位移x的变化情况 [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 2.如图所示为一测液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到图示的电路中,已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同,如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度h变化为 (　　) A.h正在增大 B.h正在减小 C.h不变 D.无法确定 3.传感器是智能设备的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图,观测电容C的变化即可知道物体位移x的变化,表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L,测量范围为-≤x≤。下列说法正确的是 (　　) A.电容器的电容变大,物体向-x方向运动 B.电容器的电容变大,物体向+x方向运动 C.电介质的介电常数越小,传感器灵敏度越高 D.电容器的板间电压越大,传感器灵敏度越高 课下请完成课时跟踪检测(二十三) 第五章　传感器 第1、2节　认识传感器　常见传感器的工作原理及应用 逐点清(一) [多维度理解] 1．(1)电学　通断　(2)传输　控制　2.敏感元件　转换元件 [全方位练明] 1．(1)×　(2)×　(3)√ 2．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．选C　制作传感器的材料有金属、半导体等多种，故A、B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，故C正确；传感器的种类很多，并不都是通过感知电压来实现传递信号的，故D错误。 逐点清(二) [多维度理解] 1．(1)越小　(2)差　增多　变好　(3)光照强弱　电阻　 2．温度　3.明显　4.(2)②电阻　电压　③物体形变　电压　 [典例]　选A　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，电源和滑动变阻器两端的电压增大，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，电源和滑动变阻器两端的电压减小，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。 [全方位练明] 1．选D　常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，故A错误。当应变片拉伸时，其电阻变大；反之变小，故B错误。传感器输出的是上、下两应变片上电压的差值，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。 2．选B　光照强度减弱时，R1的阻值变大，R1两端电压U1＝E＝·E，可知R1两端电压变大，即光控开关两端电压升高，故A错误；要使照明系统更早打开，即在R1阻值不变时增加R1两端的电压，根据以上分析可知，应减小R2的阻值或增大电源电动势，故可以将R2的滑片P向下滑动或换用电动势更大的电源，故B正确，C、D错误。 逐点清(三) 1．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．选B　由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上的电荷量正在减小，由Q＝CU可知C减小，则正对面积减小，即h正在减小，故B正确。 3．选A　根据电容决定式C＝可知，电容器的电容变大，说明电容器极板间的电介质板长度增加，则物体沿－x方向运动，A正确，B错误；电介质的介电常数εr越大，电介质板移动相同的位移，电容的变化量ΔC越大，传感器灵敏度越高，C错误；电容器的板间电压变化，电容不发生变化，则传感器灵敏度不变，D错误。 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $