2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第5章传感器5.1认识传感器(3)课件

1认识传感器\n1.基本知识传感器\n(2)敏感元件的原理和应用实例：①原理：大多数传感器是通过敏感元件把_________转变为电学量,或转化为电路的_________,从而实现方便的显示、记录、处理和控制．②应用实例：半导体热敏电阻：具有电阻随温度_________的特性,可以实现对温度的测量．常用于温度传感器．干簧管：感知_____的敏感元件,常用于______控制开关．非电学量控制开关灵敏变化磁场磁场\n2．思考判断(1)干簧管是一种磁传感器．(√)(2)传感器担负着采集信息的任务．(√)(3)传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具．(√)3．探究交流街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性可以制成自动点亮、熄灭的装置,从而实现自动控制．想一下,这是利用了半导体的什么性质呢？【提示】利用了半导体敏感元件的光敏特性.\n1.基本知识(1)温度传感器①概念：温度传感器是把_______转换为电信号的传感器．②几种常用的温度传感器：(ⅰ)热双金属片温度传感器a．敏感元件：两种____________相差较大的金属片焊接或轧制成的热双金属片．温度传感器和光传感器温度热膨胀系数\nb．工作原理：温度升高时,由于两面金属膨胀程度______,双金属片就会变形．因此___________可作为温度的敏感元件．利用了热双金属片对温度的感知表现为______的特性．(ⅱ)热电阻传感器a．敏感元件：用金属丝制作的______电阻(又叫热电阻)b．热电阻阻值与温度t的关系R＝___________．(R0为t＝0℃时导体电阻,θ为温度系数)不同热双金属片形变感温R0(1＋θt)\n(ⅲ)热敏电阻传感器a．敏感元件：_______热敏电阻．b．热敏电阻的分类一种是随温度升高而电阻______的热敏电阻,用NTC符号表示；另一类随温度升高而电阻______的热敏电阻,用PTC符号表示．c．特点及用途热敏电阻对温度变化的响应________,常用于_____、温度______或__________．半导体减小增大很敏感测温控制过热保护\n(3)光传感器①概念光传感器是利用光敏电阻把_______这个光学量转换为_______这个电学量,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而_______．②应用：___________、光电式转速器等都是利用了光电传感器来工作的．光强电阻减小火灾报警器\n③两种实用的光传感器a．光电式烟尘浓度计,靠监测_________来工作．b．光电式转速表光源发出的光经_______会聚成平行光束照到被测旋转物体上,被________反射回来,再经_______聚焦落到____________上,产生与转速对应的_______信号,经信号处理电路处理后,显示出转速．烟尘浓度透镜反光纸透镜光敏二极管电脉冲\n2．思考判断(1)温度传感器的敏感元件一定是热敏电阻．(×)(2)光敏电阻可以将电信号转化为光信号．(×)(3)双金属片热保护器是一种温度传感器．(√)3．探究交流如何根据电阻的变化反映光或温度的变化？【提示】当光或温度发生变化时连接在电路中的光敏电阻或热敏电阻的阻值发生变化,通过它的电流或加在它上面的电压就发生变化,从而可通过电压表或电流表反映出来,即电压或电流的变化表示光或温度的变化.\n【问题导思】1．传感器由哪几部分组成？2．传感器是如何工作的？3．传感器可分为哪几类？对传感器的认识\n1．传感器的工作流程和传感器组成(1)传感器的工作流程\n(2)传感器的组成①敏感元件：相当于人的感觉器官,是传感器的核心部分,是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的,与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．③转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等．\n2．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量,如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等,而输出的通常是电学量,如电压、电流、电荷量等．这些输出的信号是非常微弱的,通常需要经过放大后,再传送给控制系统产生各种控制动作．\n3．分类(1)按传感器所测量物理量分为：位移、力、速度、温度、流量、气体成分等传感器．(2)按传感器工作原理分为：电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、热电偶等传感器．(3)按传感器输出信号性质分：输出为开关量(“1”或“0”或“开”和“关”)的开关型传感器；输出为模似信号的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器．\n全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一,为模仿汽车油表原理,自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．如图3－1－1所示,其中路端电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端,R′为定值电阻且R′≫R,小阳同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的________两点之间,按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时,电压表的示数将________(填“增大”或“减少”)．\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)滑动变阻器R的连接方式如何？(2)注意路端电压保持不变和R′≫R这两个条件．图3－1－1\n【解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时,R的金属滑片将会移动,从而引起R两端电压的变化,且当R′≫R时,UR＝IR可视为UR与R成正比,所以电压表应接在b、c之间,当油量减少时,电压表示数将增大．【答案】b、c增大\n电学量具有便于控制、放大、衰减、波形整理、显示、可储存、远距离传输等技术方面的优点,尤其是将电学量与计算机技术结合,可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化,所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集．\n1．关于传感器工作的一般流程,下列说法中正确的是()A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量\n【答案】C\n【问题导思】1．光传感器和温度传感器有何不同．2．为什么光敏电阻光越强,电阻值越小．3．半导体热敏电阻有哪两类？各有什么特性？光传感器和温度传感器\n1．光电传感器和温度传感器的不同传感器内容光电传感器温度传感器定义能够感受光信号,并按一定规律转换成电信号的装置将温度变化转换为电学量变化的装置类型主要有光敏电阻、光敏晶体管、光电池等主要有热敏电阻、热电偶等两种电阻光敏电阻由半导体材料制成,光越强,电阻越小热敏电阻由半导体材料制成,NTC随温度升高,电阻减小,PTC随温度升高,电阻增大原理电学性质随光照变化而变化电学性质随温度变化而变化\n2.光敏电阻特性成因分析当光敏电阻受到光照射时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性明显地增强,电阻减小．\n3．热敏电阻的种类及特性曲线常见的有两种类型,图中3－1－2甲为PTC型,乙为NTC型．PTC型为正温度系数热敏电阻,NTC型为负温度系数热敏电阻．图3－1－2\n如图3－1－3所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,Rt为负温度系数热敏电阻,R为光敏电阻,闭合开关后,小灯泡L正常发光,由于环境条件改变(光照或温度),发现小灯泡亮度变暗,则引起小灯泡变暗的原因可能是()A．温度不变,光照增强B．温度升高,光照不变C．温度降低,光照增强D．温度升高,光照减弱图3－1－3\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)Rt为负温度系数的热敏电阻、R为光敏电阻．(2)分析灯泡L的亮度变化要根据闭合电路欧姆定律．【解析】由题图可知,当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时,小灯泡L都会变暗,结合光敏电阻特性可知,A正确,B错误．若光敏电阻阻值减小的同时,热敏电阻的阻值增大,小灯泡L变暗,C正确．若热敏电阻减小,光敏电阻增大,则小灯泡变亮．D错误．【答案】AC\n2．如图3－1－4所示,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往RT上擦一些酒精,表针将向________(填“左”或“右”)移动；若用电吹风机将热风吹向电阻,表针将向________(填“左”或“右”)移动．图3－1－4\n【解析】若往RT上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,所以指针应向左偏；用电吹风机将热风吹向电阻,电阻RT温度升高,电阻值减小,所以指针向右偏．【答案】左　右\n用图3－1－5甲所示电路测量电流表的内阻,闭合电键S,当变阻器的滑片滑至c处时,电流表和电压表的读数分别为40mA、9V,已知图甲中热敏电阻的I－U关系图线如图乙所示,则电流表的内阻为()A．0.14ΩB．85ΩC．140ΩD．225Ω综合解题方略——传感器电路分析\n甲　　　　　　　　乙图3－1－5\n【答案】B\n常见敏感电阻问题的处理方法常见的敏感电阻有热敏电阻、光敏电阻、磁敏电阻、压敏电阻等．对于这些敏感电阻,经常与电学实验相联系进行考查,考查的方式一般是把传统的电学实验原理及方法,放到研究敏感电阻特性的背景中进行考查,解答此题需要把握以下三点：1．明确各敏感电阻的特性明确这些敏感电阻随所处环境的温度、光照、磁场、压力等的变化而灵敏变化的情况,能从各自的特性曲线上了解或求得所需要的信息．\n2．明确所考查电学实验的原理及方法,这是解题的关键．3．将敏感电阻的特性与电学实验的原理方法相结合,运用所学的电学规律(如欧姆定律等)或力学规律(如牛顿运动定律等)解题．\n【备选例题】1．传感器是一种采集信息的重要器件,如图教3－1－1所示为测定压力的电容式传感器,将电容器、灵敏电流计(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路．当压力F作用于可动电极的膜片上时,膜片产生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定的这段时间,灵敏电流计指针的偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)()\nA．灵敏电流计指针向右偏B．灵敏电流计指针向左偏C．灵敏电流计指针不动D．不能判断灵敏电流计指针向哪边偏【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)F的作用使电容器两极板间的距离减小．(2)电容器始终与电源相连接,其两端的电压不变．图教3－1－1\n【答案】A\n2．传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图教3－1－2所示为一种电容传感器,电路可将声音信号转化为电信号．电路中a、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜．若声源S发出频率恒定的声波使a振动,则a在振动过程中()A．a、b板之间的电场强度不变B．a、b板所带的电荷量不变C．电路中始终有方向不变的电流D．向右位移最大时,电容器的电容最大图教3－1－2\n【答案】D\n1．关于干簧管,下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【解析】干簧管是一个磁场自动控制的电路开关,故选项C、D正确．【答案】CD\n2．关于传感器的作用,下列说法中正确的有()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为力学量D．传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量【解析】通常的传感器输出的电学信号非常微弱,要经过放大,再送给控制系统产生各种控制动作,A错．传感器通过采集力、温度、光、声、磁场、化学成分等信息,按一定规律转换为电压、电流、电阻等电学量或电路的通断,传感器并不能将所有非电学信号都转换为电学量,故B正确,C、D错误．【答案】B\n3．下列说法正确的是()A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器B．湿度传感器只能是物理传感器C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应【解析】各种传感器虽然工作原理不同,但基本功能相似,多数是将非电学量转化为电学量,故A错；湿度传感器为化学传感器,故B错,传感器既可将信息转化为电压输出,也可转化为电流、电阻等,故C错．由物理传感器定义知D正确．【答案】D\n4．美国科学家WillardS．Boyle与GeorgeE．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有()A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件D．干电池【解析】发光二极管有单向导电性,A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器,B、C对；干电池是电源,D错．【答案】BC\n5．如图3－1－6所示,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与D距离不变,下列说法中正确的是()图3－1－6\nA．当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动触头P,L消耗的功率都不变【解析】电源电压恒定,也就是说,并联电路两端的电压恒定,当滑动触头向左移动时,发光二极管发光变强,光敏电阻的电阻变小,所以电流变大,则L的功率变大．【答案】A