人教版高中物理选择性必二册第5章 第1、2节 认识传感器和常见传感器的工作原理课件共38

认识传感器、常见传感器的工作原理及应用第1、2节第五章传感器

某品牌的人体红外感应灯，可以通过对人体红外线的感知功能实现“人到灯亮，人去灯灭”的自动控制；情境导入

超市等场所入口的自动门，当人走近自动门时它会自动打开，当人离开后它会自动关闭……这些自动控制中的“机关”是什么？认识传感器第一部分传感器生活中广泛应用

观察认识1.传感器必备知识（1）传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出的一类器件或装置。通常转换成的可用信号是电压、电流等﹍﹍﹍量，或转换为电路的﹍﹍﹍。（2）非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、﹍﹍﹍﹍、处理和﹍﹍﹍﹍。电学通断传输控制（阅读教材P89—P91，自主学习，归纳总结完成下列填空）2.传感器的种类必备知识（1）利用物质的物理特性或物理效应制作而成的﹍﹍传感器、﹍﹍传感器、﹍﹍传感器等物理传感器。（2）利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的﹍﹍﹍、﹍﹍﹍等转换为电信号制作成的离子传感器、气体传感器等化学传感器。声力成分浓度（观看视频，阅读教材P92总结常见传感器的种类，完成填空）（3）利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质制作而成的﹍﹍传感器、﹍﹍﹍﹍传感器、细胞传感器等生物传感器。磁酶微生物3.传感器的组成、工作流程和原理创设情境1：如图甲为干簧管，其玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片(不接触)，接入图乙所示电路中。核心突破灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通3.传感器的组成、工作流程和原理核心突破观看视频，思考问题：任务1.当条形磁体靠近干簧管时会发生什么现象，为什么？任务2.干簧管的作用是什么？任务3.总结一下分析传感器问题的一般思路是什么？任务1：灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通。任务2：干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。任务3：①明确传感器的类型，了解传感器的工作原理。②确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化。③根据电学量的变化利用电路知识、力学知识等确定相关物理量的变化。3.传感器的组成、工作流程和原理创设情境2：通过分析声传感器的工作示意简图，归纳总结传感器的组成、工作流程和原理。核心突破（1）传感器的组成

敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器核心部分，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。

转换元件：传感器中能将敏感元件输出且与被测物理量成一定关系的非电学量转换成电学量的电子元件。

信号调整与转换电路：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。

3.传感器的组成、工作流程和原理创设情境2：通过分析声传感器的工作示意简图，归纳总结传感器的组成、工作流程和原理。核心突破（2）传感器的工作流程

3.传感器的组成、工作流程和原理创设情境2：通过分析声传感器的工作示意简图，归纳总结传感器的组成、工作流程和原理。核心突破（3）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，而通常输出电学量，

如电压、电流等。这些输出的信号非常微弱，通常需要经放大后，再传送给控制系统产生各种控制动作。C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小传感器的理解1例1(2025·山东威海高二期末)下列关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的说法中正确的是(

)A.物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业，不能用于化工领域B.化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量C.生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D.生物传感器对生物物质敏感，因而对使用传感器的环境有一定的要求解析：物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错误；生物传感器能够使用的前提是生物物质保持生物活性，因而对使用的环境有一定的要求，故C错误，D正确。故选D。1(2025·江苏苏州高二期末)一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是(

)A.光敏电阻

B.电阻应变片C.热敏电阻

D.干簧管练习1传感器的理解1(2025·江苏泰州高二期末)关于传感器，下列说法正确的是(

)A.金属材料不可以制成传感器B.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的C.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号D.传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的练习2传感器的理解解析：传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故A、B错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号，故C正确；传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故D错误。故选C。常见传感器的工作原理及应用第二部分如图为楼道安装的LED感应吸顶灯，具有光控、声控、人体感知、移动感知功能，能实现“黑暗中环境下，有50分贝以上声音自动亮灯、有人体经过自动亮灯等功能，则此灯：(1)想要实现“白天不亮、晚上亮”而且“人来灯亮、人去灯灭”的双重自动控制，需要什么传感器？(2)想要实现“白天不亮、晚上亮”而且“有声时灯亮、无声时灯灭”的双重自动控制，需要什么传感器？情境导入光传感器和红外线传感器光传感器和声传感器1.常见的传感器工作原理学习探究(观察实验，阅读教材P97—P100，自主完成下列填空)（1）光敏电阻①特点：在被光照射时电阻发生变化。②原理：无光照时，载流子极少，导电性能

差

；随着光照的

增强

，载流

子增多，导电性

变好

。③作用：把光照

强弱

这个光学量转换为

电阻

这个电学量。——————————1.常见的传感器工作原理学习探究(观察实验，自主完成下列填空)（2）热敏电阻

热敏电阻由半导体材料制成，其

电阻

随

温度

的变化非常明显，如图所示为某热

敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。————热敏电阻1.常见的传感器工作原理学习探究(观察实验，自主完成下列填空)（3）金属热电阻

金属的电阻率随温度的

升高

而

增大

。用金属

丝可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为

某金属导线电阻的温度特性曲线。————金属热电阻温度计1.常见的传感器工作原理生活应用液位报警示意图金属热电阻和热敏电阻的应用甲乙

如图所示，一些汽车的低油位报警器采用热敏电阻来检测油箱的警戒油位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。1.常见的传感器工作原理必备知识(阅读教材P97—P98，自主完成下列填空)（4）电阻应变片

工作原理①金属的电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生

机械形变，导体的长度、横截面积变化从而引起

电阻变化

。②半导体材料的压阻效应：单晶半导体材料沿

某一轴向

受到外力作用时，其电

阻率发生

变化

。————————1.常见的传感器工作原理必备知识力的传感器——电子秤①组成：

由金属梁

和金属应变片组成。②工作原理：③作用：应变片最终将物体形变这个力学量

转换为

电压

这个电学量。————————2.几种常见电阻式传感器的比较合作探究：对四种用电器和物品，分析用到的传感器元件、材料、特点、优点、原理并填表。核心突破应用空调电饭煲照相机电子称传感器特点敏感材料优点原理热敏电阻金属热电阻光敏电阻电阻应变片正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻变大；负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小在强光下电阻小，在暗光下电阻大受到拉力伸长时，电阻变大；受到压力缩短时，电阻变小电阻率随温度的升高而增加半导体等金属硫化镉等金属、半导体灵敏度好测温范围大灵敏度好灵敏度好温度影响电阻温度影响电阻率热敏电阻无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小常见传感器2例2(多选)(2025·河南南阳高二月考)某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，R是可变电阻。控制开关电路具有下列特性：当电压表示数小于某一数值U时，控制开关处于断路状态；当电压表示数大于U时，控制开关接通电路，M开始运转。电路两端的电压U0恒定，下列说法中正确的是(

)A.环境温度升高时，电压表示数变大B.可变电阻R阻值调大时，电压表示数变大C.可变电阻R阻值调小时，排风扇开始工作的临界温度降低D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作解析：当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值减小，则电路中的电流增大，可变电阻R两端的电压增大，电压表示数变大，故A正确；可变电阻R阻值调大时，可变电阻R的分压变大，则电压表示数变大，故B正确；可变电阻R阻值调小时，电压表示数变小，需要升高临界温度减小热敏电阻阻值，使电压表示数大于U，控制开关接通电路，排风扇开始工作，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致电压表示数变小，则开关会处于断开状态，起不到散热排风的作用，故D错误。故选AB。C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小常见传感器2例3(2025·江苏南通高二期末)嫦娥六号采用了大量的传感器，其中用到了金属热电阻和热敏电阻，它们的阻值R随温度T变化的关系图像如图所示，下列说法中正确的是(

)A.金属热电阻不可用来做电阻温度计B.金属热电阻在温度上升时导电能力增强C.热敏电阻的阻值随温度的变化不明显D.它们都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量解析：金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，可用来做电阻温度计，故A错误；由题图可知，金属热电阻在温度上升时，电阻变大，导电能力减弱，故B错误；由题图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，其阻值变化明显，故C错误；金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D正确。故选D。C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小常见传感器2例4(2025·江苏南京高二期末)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才可能发光解析：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；根据闭合电路的欧姆定律可知，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秋天傍晚6点时的阻值时，灯泡才可能发光，故D正确。故选D。C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小常见传感器2例5压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是(

)A.0～t1时间内，升降机一定静止B.t1～t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C.t1～t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D.t2～t3时间内，升降机可能向下匀速运动解析：0～t1时间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1～t2时间内，电流逐渐增大，则电阻逐渐减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力逐渐增大，由牛顿第三定律可知物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，可知合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确；t2～t3时间内，电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN'－mg＝ma'，可知合力向上，加速度向上且大小不变，所以t2～t3时间内，升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。故选C。电容式传感器及其应用第三部分1.电容传感器工作原理自主探究(观察上面物体连着电解质板插入电容器极板的示意图，思考并完成下列填空)如图所示，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，这就是电容式位移传感器，能够把物体

位移

这个力学量转换为

电容

这个电学量。

————————电容器极板x电介质板被测物体2.常见的电容传感器必备知识拓展思考：影响电容器电容变化的因素有哪些？除了电容式位移传感器，你还能想到其他方式的电容器传感器吗？测定角度θ的电容式传感器测定液面高度h的电容式传感器测定压力F的电容式传感器电容传感器原理的理解3如图所示，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.图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减少，可判断出h变小B.图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增加，可判断出θ变小C.图丙中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大D.图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大

例6

霍尔元件的理解及应用第四部分1.霍尔效应自主探究(阅读教材P99，观察上面示意图，思考并完成下列填空)在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这个现象称为霍尔效应。由于霍尔效应使导体内所产生的电势差称为霍尔电势差，也称霍尔电压。