2019_2020学年高中物理第三章传感器第一节第二节认识传感器传感器的原理学案粤教版选修3_2.docx

教学资料范本2019_2020学年高中物理第三章传感器第一节第二节认识传感器传感器的原理学案粤教版选修3_2编 辑：_时 间：_第一节认识传感器 第二节传感器的原理学科素养与目标要求物理观念：1.知道什么是传感器，知道其将非电学量转化为电学量的意义.2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的应用一、什么是传感器1定义：能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置2组成(1)敏感元件：直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量(2)转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出(3)转换电路：将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量3分类分类情况常见传感器按被测量划分加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等按工作原理划分电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等按能量传递方式划分(1)有源传感器：压电式传感器、热电式传感器、电磁式传感器等(2)无源传感器：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器等二、传感器的原理1温度传感器的原理(1)作用：将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量(2)热敏电阻特性：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小(3)应用：电饭煲、空调机、电热水器、微波炉等2光电传感器的原理(1)作用：利用敏感元件光敏电阻，将光照强弱转换为电阻大小这一电学量(2)光敏电阻特性：光敏电阻的阻值随光照的增强而减小(3)应用：路灯光电自动开关电路和红外楼道照明开关电路1判断下列说法的正误(1)传感器可以把非电学量转化为电学量()(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大()(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低()(4)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出()2.如图1所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数_(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度_(填“变亮”或“变暗”)图1答案变小变亮一、传感器干簧管结构：如图甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁铁靠近干簧管时：(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？答案(1)灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器1传感器的原理2在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转换为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的例1(20xx市区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是()A所有传感器都是由半导体材料制成的B金属材料也可以制成传感器C传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D水银温度计是一种传感器答案B解析传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，所以A错误；金属材料也可以制成传感器，所以B正确；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误二、光敏电阻及应用在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是什么？答案当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次光敏电阻是由半导体材料制成的它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大例2(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图2A电压表的示数增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确结合干路电流增大和通过R2的电流减小知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确三、热敏电阻和金属热电阻及应用如图所示，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(温度升高，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，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？答案由于酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏1金属热电阻：金属导体的电阻，随温度的升高而增大2热敏电阻(负温度系数)：用半导体材料制成，其阻值随温度升高而减小例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器当环境温度降低时()图3A电容器C的带电荷量增大B电压表的读数增大C电容器C两板间的电场强度减小DR1消耗的功率增大答案AB解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I知I变小，又UEIr，电压表的读数U增大，B正确；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2UU1，U1IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E，QCU2可知Q、E都增大，故A正确，C错误含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤1明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小2分析整个回路的电阻、电流的增减3分析部分电路的电压、电流如何变化1(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A该传感器能够测量的物理量是位移和温度B该传感器能够测量的物理量是位移和光强C该传感器能够测量的物理量是光强和声音D该传感器能够测量的物理量是压力和位移答案C解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确2(光敏电阻的特性)如图4所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是()图4A当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大B当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小C当滑片P向右移动时，L消耗的功率可能不变D无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变答案A解析滑片P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大3(热敏电阻的特性)(20xx如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图5所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在1527的环境中工作当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备下列说法中正确的是()图5A环境温度降低，RM的阻值减小B环境温度升高，Uab变大C滑片P向下移动时，Uab变大D调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度答案D解析环境温度降低时，RM变大，A错误；环境温度升高，RM减小，Uab变小，B错误；滑片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C错误；调节滑片位置能改变临界温度，D正确考点一传感器的理解1(多选)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答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置有磁场时，两个簧片被磁化而接通，所以是作为开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开，故C、D正确，A、B错误2在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是()A光传感器B温度传感器C声传感器D磁传感器答案A3(20xx溧水中学高二期末)街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的()A光敏性B压敏性C热敏性D三个特性同时应用答案A解析要求灯夜晚亮，白天熄，可知光的强弱导致电路电流变化，所以电路中利用光传感器使电阻变化，实现自动控制，因此是利用半导体的光敏性，A正确，B、C、D错误4.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ()图1A距离变化B正对面积变化C电介质变化D电压变化答案A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确5(多选)电容式传感器是将非电信号转变为电信号的装置由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图2A甲图的传感器可以用来测量角度B乙图的传感器可以用来测量液面的高度C丙图的传感器可以用来测量压力D丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC考点二光敏电阻、热敏电阻的认识及应用6如图3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏转角为；现用手掌挡住部分光线，表针的偏转角为，则可判断()图3ABCD不能确定答案B7(多选)如图4为电阻R随温度T变化的图线下列说法中正确的是()图4A图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高答案BD解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错误，D正确8.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图5所示装置向杯内加入冷水，温度计的示数为20，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()图5A应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡答案D解析多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确9(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息光敏电阻自动计数器的示意图如图6所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图6A当有光照射R1时，处理系统获得高电压B当有光照射R1时，处理系统获得低电压C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AD解析当有光照射R1时，电阻减小，处理系统获得高电压；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次10.如图7所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势当用光照射电阻R3时，则(电源内阻不计)()图7Aa点电势高于b点电势Ba点电势低于b点电势Ca点电势等于b点电势Da点电势和b点电势的大小无法比较答案A解析R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势，故A正确11(20xx邗江中学高二下期中)如图8所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表若发现电压表示数增大，可能的原因是()图8热敏电阻温度降低，其他条件不变热敏电阻温度升高，其他条件不变光照减弱，其他条件不变光照增强，其他条件不变A