5.1-5.2認(rèn)識(shí)傳感器、常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用 課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

第5章傳感器

小盒子A的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開關(guān)。如果把磁體B放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁體移走，燈泡熄滅。盒子里有什么樣的裝置，才能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？新課導(dǎo)入5.1認(rèn)識(shí)傳感器+5.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器

它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、磁場(chǎng)、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。傳感器是指這樣一類元件或裝置：力溫度光聲化學(xué)成分非電學(xué)量電學(xué)量電壓電流電路的通斷傳感器[物理觀念]學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器人的感覺(jué)器官和傳感器的類比[物理觀念]光傳感器聲音傳感器味傳感器溫度傳感器壓力傳感器濕度傳感器氣體傳感器視覺(jué)嗅覺(jué)味覺(jué)觸覺(jué)、溫覺(jué)聽(tīng)覺(jué)學(xué)習(xí)任務(wù)二離子傳感器、氣體傳感器等2.化學(xué)傳感器：利用電化學(xué)氣體傳感器制成的可燃?xì)怏w報(bào)警器利用離子傳感器制成的負(fù)氧離子傳感器學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器學(xué)習(xí)任務(wù)二：酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、?xì)胞傳感器等3.生物傳感器利用葡萄糖生物傳感器制成的血糖儀利用生物傳感器制成的心率儀學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器[科學(xué)探究]如圖所示,小盒子A的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡,盒外沒(méi)有開關(guān),但是把磁鐵B放到盒子上面,燈泡就會(huì)發(fā)光,把磁鐵移走,燈泡就會(huì)熄滅.盒子里有什么樣的裝置,才能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象?學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器[答案]

盒子里用到了干簧管,把干簧管串入電路,當(dāng)磁鐵靠近時(shí)兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片被磁化而接通,所以干簧管能起到開關(guān)的作用.[科學(xué)探究]學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器“干簧管”——是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器

[科學(xué)探究]學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)傳感器“干簧管”——是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器

原理：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到開關(guān)的作用。例1

[2023·玉環(huán)中學(xué)月考]下列關(guān)于傳感器說(shuō)法中不正確的是(

)A.電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器,它將壓力大小轉(zhuǎn)化為可變電阻,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)B.話筒是一種常用的聲傳感器,其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)C.電熨斗能自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片,這種雙金屬片的作用是控制電路的通斷D.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量學(xué)習(xí)任務(wù)一B[解析]

電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器,它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),故A正確;話筒是一種常用的聲波傳感器,其作用是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),故B錯(cuò)誤;電熨斗能夠自動(dòng)控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器,這種傳感器的作用是控制電路的通斷,故C正確;光敏電阻的工作原理實(shí)際上是通過(guò)傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),故D正確.學(xué)習(xí)任務(wù)一1.傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量).2.傳感器工作過(guò)程如圖所示.學(xué)習(xí)任務(wù)一3.傳感器的分類學(xué)習(xí)任務(wù)一

工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息力電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、聲傳感器、電容傳感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信號(hào)酶?jìng)鞲衅?、?xì)胞傳感器等考向一

光敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用

把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極。硫化鎘光強(qiáng)——電阻率小光弱——電阻率大光敏電阻考向一

光敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用【實(shí)驗(yàn)原理】光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而不斷減小，用歐姆表連接電阻，用不同強(qiáng)度的光照射電阻，通過(guò)觀察歐姆表的示數(shù)變化，來(lái)研究光敏電阻與光強(qiáng)的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線、電源?？枷蛞?/p>

光敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用考向一

光敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用（1）光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，隨著光強(qiáng)的增加阻值不斷減小，強(qiáng)光照射下電阻值很小;【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】（2）光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。考向一

光敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用光敏電阻工作原理：光照增強(qiáng)半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加材料的電阻率減小光學(xué)量（光照強(qiáng)度）→電學(xué)量（電阻）作用：把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。考向一

光敏電阻例2[2023·溫嶺中學(xué)月考]某學(xué)校新裝了一批節(jié)能路燈如圖甲所示,該路燈通過(guò)光控開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制:電燈的亮度可自動(dòng)隨周圍環(huán)境的亮度改變而改變.如圖乙為其內(nèi)部電路簡(jiǎn)化原理圖,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,R1為光敏電阻(光照強(qiáng)度增加時(shí),其電阻值減小).當(dāng)隨著傍晚到來(lái)光照逐漸減弱時(shí),下列判斷正確的是(

)A.A燈變亮,B燈變暗B.電源的效率變大C.電源內(nèi)阻消耗的功率變大D.R1上電流的變化量等于R0上電流變化量學(xué)習(xí)任務(wù)二B學(xué)習(xí)任務(wù)二常見(jiàn)傳感器的工作原理及其應(yīng)用

學(xué)習(xí)任務(wù)二1.光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體,無(wú)光照時(shí),載流子極少,導(dǎo)電性能不好;隨著光照強(qiáng)度的增大,載流子增多,導(dǎo)電性變好,即光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小.2.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量.3.光電傳感器中的主要部件是光敏電阻或光電管,是依據(jù)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化的原理制成的.光電傳感器有非常廣泛的應(yīng)用,如自動(dòng)沖水機(jī)、路燈的控制、光電計(jì)數(shù)器、煙霧報(bào)警器等.學(xué)習(xí)任務(wù)一考向二

金屬熱電阻和熱敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二規(guī)律：

電阻隨溫度的升高而增大。優(yōu)缺點(diǎn)：熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。電阻—溫度特性曲線RTo常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來(lái)做電阻溫度計(jì)?？枷蚨?/p>

金屬熱電阻和熱敏電阻學(xué)習(xí)任務(wù)二實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象熱敏電阻放溫水后，電流表讀數(shù)明顯增大，溫度升高，熱敏電阻的阻值顯

著減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論考向二

金屬熱電阻和熱敏電阻例3[2023·學(xué)軍中學(xué)月考]新冠肺炎疫情期間,額溫槍被大量應(yīng)用于排查高溫患者.額溫槍的原理是通過(guò)傳感器接收紅外線得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù).某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中用如圖甲所示的電路驗(yàn)證額溫槍測(cè)量溫度的準(zhǔn)確性.已知電源電動(dòng)勢(shì)E=1.5V,內(nèi)阻忽略不計(jì),R0=15Ω,熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系如圖乙所示.(1)熱敏電阻感應(yīng)的溫度越高,電壓表示數(shù)

(選填“越大”或“越小”).

(2)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為0.45V,則熱敏電阻感應(yīng)的溫度為

℃(保留1位小數(shù)).

學(xué)習(xí)任務(wù)二越大40.0學(xué)習(xí)任務(wù)二

1.熱敏電阻與金屬熱電阻的比較學(xué)習(xí)任務(wù)一

熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻隨溫度的變化而變化且變化得非常明顯,電阻值隨溫度升高而減小電阻率隨溫度的升高而增大R-T圖像制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大作用能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量2.熱電傳感器是利用熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化的原理制成的,它有非常廣泛的應(yīng)用,如各種家用電器(空調(diào)、冰箱、熱水器、飲水機(jī)、電飯煲等)的溫度控制、火警報(bào)警器、恒溫箱等.學(xué)習(xí)任務(wù)一考向三

電阻應(yīng)變片學(xué)習(xí)任務(wù)二

當(dāng)單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。原理：電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。常見(jiàn)的一種力傳感器：應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變片金屬梁考向三

電阻應(yīng)變片學(xué)習(xí)任務(wù)二金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)

在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的電阻變化就越大?？枷蛉?/p>

電阻應(yīng)變片例4如圖所示是智能稱重地磅,它使用方便快捷、計(jì)量精度高、反應(yīng)速度靈敏、移動(dòng)方便,這種地磅安裝了應(yīng)變式力傳感器,下列關(guān)于應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法不正確的是(

)A.應(yīng)變片常用半導(dǎo)體材料制成B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí),其電阻變大;反之,變小C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D.外力越大,輸出的電壓差值也越大學(xué)習(xí)任務(wù)二C[解析]

半導(dǎo)體是常用的電阻應(yīng)變片制作材料,A正確,不符合題意;當(dāng)應(yīng)變片拉伸時(shí),其電阻變大,B正確,不符合題意;傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差值,并且隨著外力的增大,輸出的電壓差值越來(lái)越大,C錯(cuò)誤,符合題意;D正確,不符合題意.

學(xué)習(xí)任務(wù)二1.應(yīng)變式力傳感器主要由金屬梁和電阻應(yīng)變片組成.2.工作原理:如圖所示,彈簧鋼制成的梁形元件右端固定,在梁的上、下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片,在梁的自由端施加力F,則梁發(fā)生彎曲,上表面拉伸,下表面壓縮,上表面應(yīng)變片的電阻變大,下表面應(yīng)變片的電阻變小.力F越大,彎曲形變?cè)酱?應(yīng)變片的電阻變化就越大,如果讓應(yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定,那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大,下表面應(yīng)變片兩端的電壓變小.傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出.力F越大,輸出的電壓差值也就越大.學(xué)習(xí)任務(wù)二3.應(yīng)變式力傳感器的工作流程學(xué)習(xí)任務(wù)二思考與討論

話筒是一種能夠?qū)⒙曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。圖乙是電容式話筒的組成結(jié)構(gòu)示意圖，話筒的振動(dòng)膜片涂有薄薄的金屬層，膜后相距幾十微米有一個(gè)全屬片（固定電極），它們構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來(lái)工作。你能根據(jù)它的工作過(guò)程說(shuō)說(shuō)各組成元件的作用嗎?敏感元件振動(dòng)膜片轉(zhuǎn)換元件固定電極轉(zhuǎn)換電路電阻電源考向四

電容式傳感器學(xué)習(xí)任務(wù)二如圖所示，當(dāng)被測(cè)物體在左、右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。用什么方法可以檢測(cè)電容的變化？

電容式位移傳感器能把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。根據(jù)電容的定義式

，可知，給電容器帶上一定的電荷，然后用靜電計(jì)來(lái)檢測(cè)兩極板間電勢(shì)差的變化，就可判斷電容的變化?？枷蛩?/p>

電容式傳感器學(xué)習(xí)任務(wù)二（1）改變S：測(cè)量角度θ、液面高度h等定片動(dòng)片θ電介質(zhì)金屬芯線導(dǎo)電液體角度、深度位移、壓力電容傳感器電容（2）改變d：測(cè)量壓力F待測(cè)壓力F固定電極可動(dòng)電極（3）改變?chǔ)牛簻y(cè)量位移x電容器極板電介質(zhì)板被測(cè)物體電容式位移傳感器x考向四

電容式傳感器例5傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件.如圖中的甲、乙、丙、丁是四種常見(jiàn)的電容式傳感器,下列說(shuō)法正確的是(

)A.圖甲中兩極間的電荷量不變,若電壓減小,可判斷出h變小B.圖乙中兩極間的電荷量不變,若電壓增大,可判斷出θ變小C.圖丙中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器的負(fù)極,則x變小D.圖丁中兩極間的電壓不變,若有電流流向傳感器的正極,則F變大

D學(xué)習(xí)任務(wù)二

學(xué)習(xí)任務(wù)二

學(xué)習(xí)任務(wù)二1.電容式傳感器:電容器的電容取決于極板的正對(duì)面積S、極板間距d、極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素.如果某個(gè)物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化引起上述某個(gè)因素的變化,從而引起電容的變化,通過(guò)電容的變化就可以確定上述物理量的變化,那么這種電容器就被稱為電容式傳感器.2.電容式傳感器是一種多功能傳感器,可把壓力、轉(zhuǎn)角、位移、壓強(qiáng)、聲音等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這一電學(xué)量.分析原理時(shí),關(guān)鍵要搞清楚是將哪個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容,然后結(jié)合電容的決定式來(lái)分析.學(xué)習(xí)任務(wù)二課堂小結(jié)傳感器一傳感器的組成與應(yīng)用模式傳感器的種類物理傳感器生物傳感器化學(xué)傳感器常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用光敏電阻電阻應(yīng)變片金屬熱電阻和熱敏電阻思維拓展課后習(xí)題1.什么是傳感器？它的作用是什么？簡(jiǎn)述一下你對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和理解。課后習(xí)題2.請(qǐng)列舉一個(gè)你認(rèn)為很“神奇”的利用傳感器工作的例子，簡(jiǎn)單說(shuō)明它的原理。課后習(xí)題3.以