【物理】2023-2024學年魯科版選擇性必修第二冊 常見傳感器的工作原理 課件

第1節(jié)常見傳感器的工作原理核心素養(yǎng)目標CONTENTS目錄新知預覽·抓必備素養(yǎng)浸潤·提能力知能演練·重落實課時跟蹤檢測新知預覽·抓必備高效學習夯基固本1知識點一初識傳感器1．定義：能夠感受

，并將其按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號(主要是

)的器件或裝置，我們稱之為

。2．作用：能將被測的

轉換成為各種易于測量的電學量。3．組成：傳感器主要有

和

組成。4．傳感器的工作原理：非電學量→

→

→電學量。知識點二

敏感元件1．光敏元件(1)光敏電阻是一種典型的

，廣泛應用于光敏傳感器中。(2)光敏電阻是用金屬硫化物等

材料制成的。其特點為光照越強，電阻值

。(3)光敏元件是利用某些物質在光照射下

隨之變化的特性制成的。外界信息電信號傳感器非電學量敏感元件轉換元件敏感元件轉換元件光敏元件半導體越小電學特性2．熱敏元件(1)定義：溫度傳感器可以將熱學量的變化轉換為電學量的變化。(2)特性：NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而

，因此又稱為

溫度系數熱阻電阻；PTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而

。金屬熱電阻的電阻率一般隨溫度升高而

。3．磁敏元件(1)定義：霍爾元件可以將磁學量的變化轉換為電學量的變化。減小負增大增大材料傳感器能夠感受外界信息，并將其按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號(主要是電信號)，樓道聲控燈、感應門、電飯鍋等都是傳感器的應用。(1)所有傳感器都是由半導體材料制成的。

(

)(2)傳感器不能感知聲音信號。

(

)(3)傳感器只能通過感知電壓的變化來傳遞信號。

(

)(4)光敏電阻的阻值只會隨人造光的強弱而變化，不能感知自然光的變化。

(

)(5)隨溫度的升高，熱敏電阻的阻值一定是增大的。

(

)(6)負溫度系數的熱敏電阻在溫度升高時其阻值變小。

(

)(7)霍爾元件一共有兩個電極，電壓這個電學量就是通過這兩個電極輸出的。

(

)×××××√×素養(yǎng)浸潤·提能力互動探究重難突破2干簧管的結構很簡單，如圖甲所示，它只是玻璃管內封入兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當磁體靠近干簧管時：(1)會發(fā)生什么現象，為什么？提示：小燈泡會發(fā)光，因為兩個簧片被磁化而接通。(2)干簧管的作用是什么？提示：干簧管起到了開關的作用。1．傳感器的組成和工作流程(1)傳感器的組成①敏感元件：相當于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏，濕敏等)制成的。②轉換元件：傳感器中能將敏感元件輸出且與被測物理量成一定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件。(2)傳感器的工作流程2．傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學量，如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而輸出的通常是電學量，如電壓、電流、電荷量等。這些輸出的信號是非常微弱的，通常需要經過放大后，再傳送給控制系統(tǒng)產生各種控制動作?！镜淅?】(多選)美國科學家WillardS．Boyle與GeorgeE．Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學獎。CCD是將光學量轉變成電學量的傳感器。下列器件可作為傳感器的有

(

)A．發(fā)光二極管

B．熱敏電阻C．霍爾元件 D．干電池解析傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量的元件。發(fā)光二極管是將電能轉化為光能的元件，不是傳感器，選項A錯誤；熱敏電阻的溫度變化時，其電阻會發(fā)生變化，能把熱學量轉換成電學量，可作為傳感器，選項B正確；霍爾元件能夠把磁感應強度這個非電學量轉換成電壓這個電學量，可作為傳感器，選項C正確；干電池是一種電源，不是傳感器，選項D錯誤。BC|方法技巧|傳感器問題的分析思路(1)明確傳感器的類型，了解傳感器的工作原理。(2)確定傳感器中的什么量變化時可以引起電學量的變化。(3)根據電學量的變化確定相關物理量的變化。

1．全自動洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，該裝置采用的可能是下列哪種類型的傳感器

(

)A．壓力傳感器 B．紅外線傳感器C．溫度傳感器 D．生物傳感器解析：洗衣機設有多段式水位自動感應裝置，是通過不同量的水所產生的壓力轉換成電學量，運用的是壓力傳感器，故A正確，B、C、D錯誤。A2．壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數如圖乙所示，下列判斷正確的是

(

)A．從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動D．從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動D解析：在0～t1內，I恒定，壓敏電阻阻值不變，由小球的受力不變可知，小車可能做勻速或勻加速直線運動，在t1～t2內，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運動，A、B錯誤；在t2～t3內，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，C錯誤，D正確。某興趣小組為了研究電子溫控裝置，將熱敏電阻R1(負溫度系數)、定值電阻R2以及電壓表和電流表連入如圖所示的電路中，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。(1)閉合開關S后，溫度升高時，電流表的示數如何變化？提示：溫度升高時，熱敏電阻的阻值變小，干路的電流變大，所以電流表的示數變大。(2)閉合開關S后，溫度降低時，電壓表的示數如何變化？提示：溫度降低，熱敏電阻的阻值變大，干路中的電流變小，R2兩端的電壓變小，電壓表的示數變小。2．霍爾元件及工作原理(1)霍爾元件如圖所示，在一個很小的矩形半導體(例如砷化銦)薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成了一個霍爾元件?！镜淅?】(多選)如圖所示是某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置，則

(

)A．當有人通過而遮住光線時，A、B之間電壓升高B．當有人通過而遮住光線時，A、B之間電壓降低C．當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓D．當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓解析R1是光敏電阻，當有人通過而遮住光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A錯誤，B正確；由閉合電路的歐姆定律得U＝E－I(R1＋r)，當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小，可得A、B間的電壓U增大，故C正確；當減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D錯誤。BC|方法技巧|傳感器問題中的電路動態(tài)分析的四點注意事項(1)如果涉及光敏電阻，必須明確光照情況怎樣變化，從而判斷出其阻值的變化。(2)如果涉及熱敏電阻，必須明確是正溫度系數還是負溫度系數的熱敏電阻及溫度變化情況，從而判斷其阻值的變化。(3)如果是其他元件引起的電路變化可具體問題具體分析。(4)結合電路結構特點及局部阻值的變化，根據閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關物理量的變化。

1．(多選)

現有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數，下列說法中正確的是

(

)A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數變化較大的一定是熱敏電阻B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數不變化的一定是定值電阻C．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數變化較大的一定是光敏電阻D．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數相同的一定是定值電阻AC解析：熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變化，故A正確，B錯誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯誤。2．(多選)如圖所示為某霍爾元件的工作原理示意圖，該元件中電流I由正電荷的定向運動形成。下列說法正確的是

(

)A．M點電勢比N點電勢高B．用霍爾元件可以測量地磁場的磁感應強度C．用霍爾元件能夠把磁學量轉換為電學量D．若保持電流I恒定，則霍爾電壓UH與B成正比BCD|要點回眸|知能演練·重落實內化知識鞏固技能31．許多辦公樓及宿舍樓的樓梯上的燈到了晚上能夠自動做到“人來即亮，人走即滅”，其神奇功能在于控制燈“開關”的傳感器。下列有關該傳感器的說法正確的是

(

)A．該傳感器能夠測量的物理量是位移和溫度B．該傳感器能夠測量的物理量是位移和光強C．該傳感器能夠測量的物理量是光強和聲音D．該傳感器能夠測量的物理量是壓力和位移解析：樓道中安裝了自動燈光控制系統(tǒng)，白天燈不亮，和光傳感器有關；晚上有人經過時，燈自動亮起來，與聲音有關，是聲傳感器。所以該傳感器能夠測量的物理量是光強和聲音，C正確。C2．如圖所示，電吉他的弦是磁性物質。當弦振動時，線圈中產生感應電流，感應電流輸送到放大器、喇叭，然后把聲音播放出來。下列說法正確的是

(

)A．電吉他是光電傳感器B．電吉他是溫度傳感器C.電吉他是磁電傳感器D．弦改用尼龍材料原理不變解析：物理傳感器利用的是物理效應，比如光電效應、磁電效應等，能將被測信號量的微小變化轉換成電信號。本題中當弦振動時，線圈中產生感應電流，把弦振動時磁場的變化這種非電學量轉換為電流這種電學量，屬于磁電傳感器，故C正確，A、B、D錯誤。C3．(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，

R3為光敏電阻，當入射光強度增大時

(

)A．電壓表的示數增大

B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大解析：當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，電壓表的示數增大，同時內電壓增大，電路的路端電壓減小，A正確，D錯誤；因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B正確；結合干路電流增大和R2中電流減小知流過小燈泡的電流必增大，小燈泡的功率增大，C正確。ABC4．(多選)霍爾元件的示意圖如圖所示。一塊通電的銅板放在磁場中，銅板的前、后板面垂直于磁場，板內通有圖示方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點，則

(

)A．電勢φa＞φbB．電勢φb＞φaC．僅電流增大時，|φa－φb|增大D．其他條件不變，將銅板改為NaCl溶液時，a、b兩點電勢高低情況仍然一樣BC課時跟蹤檢測41．有一電學元件，溫度升高時其電阻減小，這種元件可能是

(

)A．金屬導體

B．光敏電阻C．NTC熱敏電阻 D．PTC熱敏電阻解析：金屬導體電阻值一般隨溫度升高而增大，光敏電阻的阻值是隨光照強度的增大而減小，PTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，只有NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，C正確，A、B、D錯誤。C2．關于光敏電阻和熱敏電阻，下列說法中正確的是

(

)A．光敏電阻是用半導體材料制成的，其阻值隨光照增強而減小，隨光照的減弱而增大B．光敏電阻是能把光照強度這個光學量轉換為電流這個電學量的傳感器C．熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對溫度感知很靈敏D．熱敏電阻是把熱量這個熱學量轉換為電阻這個電學量的傳感器解析：光敏電阻是把光強轉換為電阻的元件，熱敏電阻是把溫度轉換為電阻的元件，故B、D錯誤；熱敏電阻和光敏電阻都是半導體材料制成的，半導體具有光敏性和熱敏性，金屬鉑與熱敏電阻的阻值隨溫度的變化趨勢相反，故C錯誤；由光敏電阻的特性知A正確。A3．居民樓的樓道里，夜里只是偶爾有人經過，電燈如果總是亮著會造成很大浪費?？蒲腥藛T利用“光敏”材料制成“光控開關”，天黑時自動閉合，天亮時自動斷開；利用“聲敏”材料制成“聲控開關”，當有人走動發(fā)出聲音時自動閉合，無人走動時自動斷開。若將這兩種開關配合使用，下列電路符合要求的是

(

)解析：根據題意可得，聲控開關和光控開關串聯后共同控制燈泡，即用導線將各元件依次連接起來，故選D。D4．許多飲水機，可以保證出水溫度恒定，采取的方法是

(

)A．持續(xù)加溫B．設定程式，固定各次加溫時間及加熱時間間隔C．水溫低于設定溫度時加熱，達到設定溫度時停止加熱D．人工控制加溫按鈕解析：飲水機溫度控制系統(tǒng)以調節(jié)飲水機中水的溫度為目的，其輸入參數主要是水溫信號和設置的設定溫度。輸出信號主要是溫度顯示、聲光報警和執(zhí)行加熱。工作時傳感器將溫度傳給單片機，當水溫低于設定溫度時，單片機控制加熱模塊加熱，當溫度高于設定溫度時，繼電器斷開，加熱停止，從而實現溫度控制的目的，故選C。C5．(多選)如圖為電阻R隨溫度T變化的圖線。下列說法中正

確的是

(

)A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的C．圖線1對應的材料化學穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D．圖線2對應的材料化學穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高解析：金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大，半導體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，所以A錯誤，B正確；圖線1對應的材料化學穩(wěn)定性好但靈敏度低，圖線2對應的材料化學穩(wěn)定性差但靈敏度高，所以C錯誤，D正確。BD6．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數的熱敏電阻(負溫度系數熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)，L為小燈泡，當溫度降低時

(

)A．R1兩端的電壓增大

B．電流表的示數增大C．小燈泡的亮度變強D．小燈泡的亮度變弱解析：R2與燈泡L并聯后再與R1串聯，與電源構成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強，R1兩端的電壓減小，故只有C正確。C7．如圖所示是一火警報警器的一部分電路示意圖，其中R2為用半導體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是

(

)A．I變大、U變大

B．I變小、U變小C．I變小、U變大

D．I變大、U變小解析：當R2處出現火情時，熱敏電阻的阻值將減小，則此時電路中的總電阻減小，由閉合電路的歐姆定律可知，路端電壓將減小，電路中的總電流增大，所以R1兩端的電壓增大，由于路端電壓減小，則并聯部分的電壓減小，通過R3的電流I變小，所以顯示器的電流I變小，報警器的電壓U變小，故B正確。B8．(多選)小型電磁繼電器的構造示意圖如圖所示，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點轉動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱。繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的

要求，其工作方式是

(

)A．A、B間接控制電路，C、D間接被控電路B．A、B間接被控電路，C、D間接控制電路C．流過L的電流減小時，C、D間電路斷開D．流過L的電流增大時，C、D間電路斷開解析：當A、B間導通時，通電螺線管吸引鐵片P，此時C、D間電路接通，所以A、B間接控制電路，C、D間接被控電路，A正確，B錯誤；流過L的電流減小時，通電螺線管磁性減弱，彈簧把鐵片P拉開，C、D間電路斷開，C正確，D錯誤。AC9．如圖甲是某生產流水線上的產品輸送及計數裝置示意圖，其中S為激光源，R1為光敏電阻(有光照射時，阻值較?。粺o光照射時，阻值較大)，R2為定值保護電阻，a、b間接“示波器”(示波器的接入對電路無影響)。水平傳送帶勻速前進，每當傳