5.1 认识传感器 5.2 常见传感器的工作原理 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦传感器知识，涵盖定义、组成、分类及常见传感器工作原理。通过生活情景导入，结合干簧管实验观察，引导学生从现象到本质，构建“生活实例-实验探究-理论讲解-分类应用”的学习支架。 其亮点在于注重科学探究与科学思维，通过“观察与思考”“讨论交流”（如热敏电阻酒精挥发实验分析）及实际应用例题（电子秤、大棚光控电路），帮助学生形成物理观念。课堂小结系统梳理知识，学生能提升问题解决能力，教师可高效开展教学。

1 认识传感器 2 常见传感器的工作原理 第五章 传感器 知道光敏电阻、热电阻、热敏电阻、电阻应变片的工作原理及应用。 知道传感器的组成与应用模式。 02 知道什么是传感器，了解传感器的种类。 01 03 重点 难点 生活中我们经常会见到这样的情景：刚走到门口，门就自动打开；走到幽暗的楼道，灯自动亮起来 ；在洗手间，手伸到水龙头下方，水就自动流出来，移开后水龙头又自动关闭。这些自动化的背后是什么？ 其实，它们都离不开一种探测装置——传感器 [点击图片 播放视频] 公司logo 公司logo 情景导入 01 传感器 如图，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入电路，当条形磁铁靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？ 当条形磁铁靠近干簧管时， 两个簧片被磁化为异名磁极而相互吸引，接通电路。 (2)干簧管的作用是什么？ 干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器 灯泡会亮 [点击图片 播放视频] 公司logo 公司logo 观察与思考 把被测的非电信息按一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置 传感器 通常由敏感元件和转换元件组成 有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分 又被称为探测器或变换器 转换元件 信号调节 转换电路 敏感元件 非电信息 电学量 辅助电源 力、温度、光 声、化学成分 电压、电流 电路的通断 公司logo 公司logo 要点归纳 ②光敏电阻 能把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 敏感元件 常见的：力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等 压力、光照、温度、磁场、气体 易于测量的物理量 ①弹性膜片 应变式压力传感器的弹性膜片将压力转变成膜片的形变 ③干簧管 能感知磁场，两个簧片在磁场中被磁化为异名磁极而相互吸引。 串联在电路中作用：开关 信号调节转换电路 对转换元件输出的信号进行放大、消除干扰，使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量 转换元件 信号调节转换电路 转换元件 通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量 又称传感元件 输出信号弱，有干扰，需要 按感知外界信息及变换效应的不同 传感器的分类 生物传感器 利用酶、抗体和激素等分子识别功能 物理传感器 利用力、热、光、电磁和声等物理效应 化学传感器 利用化学反应检测物质的种类和浓度 分析仪——离子传感器 报警器—气体传感器 心率仪 血糖仪 酶传感器 1.关于传感器，下列说法正确的是 A.所有传感器都是由塑料制成的 B.水银温度计是一种传感器 C.传感器主要是通过感知温度的变化来传递信号的 D.金属材料也可以制成传感器 √ 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A错误，D正确； 水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，故B错误； 传感器是将非电学量转换成电学量来传递信号的，故C错误。 例题 02 温度传感器 传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口。一切科学实验和生产过程，特别是自动检测和自动控制系统，都要通过传感器获取信息，将其转换为容易传输和处理的电信号。想一想：让孵化器在一定温度下孵化禽蛋要用什么传感器? 将温度变化转换成电学量变化——温度传感器 如何把采集到的信息转换为电信号？ 感温敏感元件主要有热敏电阻、热电阻、热双金属片和热电偶等 热敏电阻温度传感器 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显 阻值随温度升高而减小 负温度系数热敏电阻 阻值随温度升高而增大 正温度系数热敏电阻 (2)PTC (1)NTC: O R T O R T 热电阻温度传感器 铂热电阻 用金属丝制作的感温电阻称为热电阻 温度系数 t =0℃时导体的电阻 铜热电阻 测温、测流速 金属的电阻与温度的关系是： 热双金属片温度传感器 双金属片 双金属热保护器 将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后，当温度升高时，由于两边金属片膨胀程度不同，可用来控制电路的通断 冰箱压缩机用此进行保护 将多用电表的选择开关置于电阻挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高时电阻减小)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，多用电表指针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，多用电表指针将如何偏转？ 答案　由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，多用电表指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻RT，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，多用电表指针将向右偏。 公司logo 公司logo 讨论交流 2.图示是不同材料的电阻R随温度t变化的图像，下列说法正确的是 A.图线1是热敏电阻的图像，它是用金属材料制成的 B.图线2是热敏电阻的图像，它可以用半导体材料制成 C.图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D.图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度低 √ 例题 图线1是热电阻的图像，热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但是灵敏度较低，故选项A、C错误； 图线2是热敏电阻的图像，热敏电阻可以用半导体材料制成，热敏电阻的测温范围小，但灵敏度高，故选项B正确，D错误。 3.(2025·遂宁市高二期中)如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时(电流表内阻不计，电源内阻r不可忽略) A.R1两端的电压增大 B.电流表的示数增大 C.小灯泡的亮度变强 D.小灯泡的亮度变弱 √ 例题 R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路。当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表的示数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故选C。 03 光传感器 硫化镉或硒化镉等是半导体材料，随着光照的增强，载流子增多，导电性会变好。可以利用这个原理把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量吗？ 制成的敏感元件在受到光照时会产生电流或电压——光敏电阻 硫化镉 光敏电阻 光传感器 光电式转速表 接收脉冲信号 光源1发出的光线经透镜2会聚成平行光束照射到被测旋转物3上 转速快慢不同，单位时间内接收的脉冲信号数量不同 光线被事先粘贴在旋转物体上的反光纸4反射回来，经透镜5聚焦落在光敏二极管6上 它产生与转速对应的电脉冲信号，经信号处理电路处理后，可由显示器10显示出每分钟或每秒钟转过的圈数 4.(2025·四川仁寿第一中学高二检测)光照传感器在大棚种植中得到了广泛的应用，技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路，增加植物光照时间，有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1，闭合开关后，秋天傍晚6点时，灯泡L两端的电压达到一定值，恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，电流表、电压表均为理想电表，灯泡的光对光敏电阻的影响不计，不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是 A.光照减弱的过程中电流表示数增大 B.光照减弱的过程中电压表和电流表示数比值不变 C.光照减弱的过程中电压表和电流表变化量绝对值的 比值变大 D.若电阻箱阻值大于R1，则秋天傍晚6点之后L才可能发光 √ 例题 光照减弱的过程中，光敏电阻的阻值增大，整个回路的电阻增大，电流表示数减小，故A错误； 电压表和电流表示数的比值为并联部分总电阻，光照减弱的过程中，电压表和电流表示数的比值增大，故B错误； 根据闭合电路欧姆定律可知电压表和电流表变化量绝对值的比值为R1+r，恒定不变，故C错误； 若电阻箱阻值大于R1，则当光敏电阻阻值大于傍晚6点时的阻值时，灯泡才可能发光，故D正确。 04 力传感器 如图是农贸市场上常见的电子秤，电子秤受到重物的压力，内部的称重传感器会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。这是什么传感器？ 把力学量转换为电学量的装置——力传感器 应变式力传感器 在梁的自由端施加向下的压力时，梁发生弯曲，上表面拉伸，上应变片的电阻变大；下表面压缩，下应变片的电阻变小 使应变片中通过恒定的电流，这时上、下应变片的电压产生差值，压力越大，电压差值越大； 如果力的方向向上，则上、下应变片的电阻变化正好相反，电压差值为负 5.(2025·四川省雅安中学高二期中)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某同学利用压敏电阻设计了如图甲所示的电路，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在其上表面放置一质量为m的绝缘物块，电梯静止时电压表的示数为U0。从某时刻起开始计时，记录的电压表的示数随时间变化的关系如图乙所示，已知t=0时刻电梯静止，下列说法正确的是 A.0~t1时间内，物块在匀加速上升 B.0~t1时间内，定值电阻R0的功率变大 C.t1~t2时间内，电梯匀加速下降 D.t2~t3时间内，电梯匀加速下降 √ 例题 根据题图乙可知，0~t1时间内，电压表的示数变大，根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir，可知，电路中的电流在减小，根据P0=I2R0，可知，定值电阻R0的功率减小，故B错误； 0~t3时间内，电压表的示数均大于或等于静止时的示数，可知该时间段内压敏电阻的阻值比静止时的阻值大，故压敏电阻受到的压力减小，物块受到的支持力小于重力，物块处于失重状态，初始时电梯静止，所以0~t1时间内，物块在下降，且物块在做加速度逐渐增加的加速运动，t1~t2时间内，电梯匀加速下降，t2~t3时间内，电梯在做加速度逐渐减小的加速运动，故C正确，A、D错误。 05 电容式传感器 如图，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？ 把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量——电容式位移传感器 根据 角度、深度 位移、压力 电容 传感器 电容 图是电容式话筒的原理图，话筒的振动膜片上涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米有一个金属片，它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作，试分析工作原理。 电容式话筒利用振动膜片接收空气振动信号，振动膜片与固定电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容的变化 在电容器两端施加恒定的电压，通过电容器的电流就会变化 将这个电流信号进行转换，即可输出音频信号 敏感元件 转换元件 转换电路 公司logo 公司logo 讨论交流 6.(2025·遂宁市高二期末)传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是 A.图甲中两极间的电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小 B.图乙中两极间的电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小 C.图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小 D.图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大 √ 例题 题图甲中两极间的电荷量不变，若电压减小，则由电容的定义式C=分析可知，电容增大，由电容的决定式C=可知，两极间正对面积增大，h变大，故A错误； 题图乙中两极间的电荷量不变，若电压增大，则电容减小，极板正对面积减小，θ变大，故B错误； 题图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电荷量减小，电容减小，电介质向外移动，则x变大，故C错误； 题图丁中两极间的电压不变，若电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电荷量增加，电容增大，两电极间距离减小，则F变大，故D正确。 传感器 热敏电阻温度传感器 传感器 常见传感器的工作原理 传感器分类 把非电信息按规律转换成与之对应的电信号的器件或装置 敏感元件、转换元件、信号调节转换电路 温度传感器 温度变化转换成电学量变化 光传感器 力传感器 电容式传感器 热电阻温度传感器 热双金属片温度传感器 光照变化转换成电学量变化 光电式转速表 力学量转换成电学量变化 位移这个力学量转换成电容这个电学量 应变式力传感器 电容式话筒 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf56.15.102 $