高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理 ppt课件

1、自自主主学学习习根根底底知知识识协协作作探探求求重重难难疑疑点点解解题题技技巧巧素素养养培培优优1 传感器及其任务原理传感器及其任务原理学习目的学习目的1.了解什么是传感器，感受传了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电知道将非电学量转化为电学量的意义学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，知道其任务原理及敏电阻和霍尔元件的性能，知道其任务原理及作用作用1传感器传感器(1)定义：可以感受诸如力、温度、光、声、化学成分定义：可以感受诸如力、温度、光、声、化学成分等等_，并能把它们按照一定的规律转换

2、为电压、电，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等流等_，或转换为，或转换为_的元件的元件(2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进展电学量，可以方便地进展_、传输、传输、 _和和_非电学量非电学量电学量电学量电路的通断电路的通断丈量丈量处置处置控制控制2光敏电阻光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻特点：光照越强，电阻_(2)缘由：无光照时，载流子极缘由：无光照时，载流子极_，导电性能，导电性能_；随着光照的加强，载流子随着光照的加强，载流子_，导电性，导电性_(3)作用：把作用：把_这个光学量转换为这个光学量转换为_这

3、个电这个电学量学量越小越小少少不好不好增多增多变好变好光照强弱光照强弱电阻电阻有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？电，这种水壶上安装了什么样的传感器？ 【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起维护作用开，起维护作用1传感器一定是把非电学量转换为电路的通断

4、传感器一定是把非电学量转换为电路的通断( )2干簧管是作为电控元件以实现自动控制的干簧管是作为电控元件以实现自动控制的( )3光敏电阻本身就是一种传感器光敏电阻本身就是一种传感器( )热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻特点特点电阻率随温度升高而电阻率随温度升高而_电阻率随温度升高电阻率随温度升高而而_制造资料制造资料_优点优点灵敏度好灵敏度好化学稳定性好，丈化学稳定性好，丈量范围大量范围大作用作用将将_这个热学量转换为这个热学量转换为_这个电学量这个电学量减小减小增大增大半导体半导体金属金属温度温度电阻电阻热敏电阻的阻值能否一定随温度的升高而减小？热敏电阻的阻值能否一定随温度的升高而减小？【

5、提示】不一定，有的随温度的升高而增大【提示】不一定，有的随温度的升高而增大(PTC元元件件)，有的随温度的升高而减小，有的随温度的升高而减小(NTC元件元件)1热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏灵敏( )2半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化化( )3金属热电阻的温度升高时电阻升高金属热电阻的温度升高时电阻升高( )1构造构造很小的矩形半导体薄片上，制造四个电极很小的矩形半导体薄片上，制造四个电极E、F、M、N.正正 3作用作用把把_这个磁学量转换为这个磁学量转换为_这个电学这个电学量量 磁

6、感应强度磁感应强度电压电压如图如图612所示为矩形金属薄片，所示为矩形金属薄片，程度放入竖直向下的磁场中，当电程度放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如下图时，试分析流的方向如下图时，试分析N、M两侧面电势的高低两侧面电势的高低 图图612【提示】对于金属薄片，真正参与导电的是电子，【提示】对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向挪动，因当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向挪动，因此遭到的洛伦兹力指向此遭到的洛伦兹力指向N，N侧面聚集负电荷，电势较低，侧面聚集负电荷，电势较低，M侧面带正电荷，电势较高，即侧面带正电荷，电势较高，即MN. 预习完成后，请

7、把他以为难以处理的问题记录在下面预习完成后，请把他以为难以处理的问题记录在下面的表格中的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4学生分组探求一传感器的任务原理及分类学生分组探求一传感器的任务原理及分类第第1步探求步探求分层设问，破解疑问分层设问，破解疑问1传感器是起什么作用的元件？传感器是起什么作用的元件？【提示】传感器是一种将非电学量转换为电学量的【提示】传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件元件2夜晚，楼道里漆黑一片但随着我们的脚步声响，夜晚，楼道里漆黑一片但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯那么依次熄灭这其中的微妙是楼道的灯亮了，身后的灯那么依次熄灭这其中的微妙是什么？什

8、么？【提示】在电路中安装了一种能将声、光信号转换【提示】在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器为电信号的传感器声光延时开关声光延时开关第第2步结论步结论自我总结，素能培育自我总结，素能培育1传感器的任务原理传感器的任务原理敏感元件：相当于人的觉得器宫，直接感受被丈量并敏感元件：相当于人的觉得器宫，直接感受被丈量并将其转换成与被丈量成一定关系的易于丈量的物理量将其转换成与被丈量成一定关系的易于丈量的物理量2光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比元件元件产生变化的缘由产生变化的缘由光敏光敏电阻电阻半导体资料遭到的光照加强时，会有更多的电子获半

9、导体资料遭到的光照加强时，会有更多的电子获得能量成为自在电子，同时空穴增多，即载流子数得能量成为自在电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地加强，电阻减小增多，于是导电性明显地加强，电阻减小热敏热敏电阻电阻对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自在电子，同时空穴增多，即的电子获得能量成为自在电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地加强，电阻减小载流子数增多，于是导电性明显地加强，电阻减小霍尔霍尔元件元件霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场垂直

10、的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在另用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在另两极上构成电压两极上构成电压第第3步例证步例证典例印证，思想深化典例印证，思想深化如图如图613所示为某一热敏电阻所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改电阻值随温度的改动而改动，且对温度很敏感动而改动，且对温度很敏感)的的IUt关系曲线图关系曲线图将该热敏电阻连入如图将该热敏电阻连入如图614所示电路中，电源电压恒所示电路中，电源电压恒为为9 V，电流表读数为，电流表读数为70 mA，定值电阻，定值电阻R1250 .由热敏由热敏电阻的

11、电阻的IUt关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻；电阻R2的阻值为的阻值为_.图图614【思绪点拨】【思绪点拨】IU图线中，图线的斜率表示电阻的倒图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小值随着温度升高而减小【答案】【答案】5.3108.8第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1(2021日照高二检测日照高二检测)如图如图615所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关组成

12、的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，假设用后，小灯泡正常发光，假设用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一景酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一景象的主要缘由是象的主要缘由是()图图615A小灯泡的电阻发生了变化小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化电源的电压随温度发生了变化【解析】温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻【解析】温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱增大，电路中电流减小，灯泡亮度

13、减弱【答案】【答案】C2(2021扬州中学高二检测扬州中学高二检测)如图如图616所示，所示，R1为定为定值电阻，值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温为小灯泡，当温度降低时，以下描画正确的选项是度降低时，以下描画正确的选项是()AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强图图616D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱【解析】【解析】R2与灯与灯L并联后与并联后与R1串联，与电源构成闭串联，与电源构成闭合电路当温度降低时，电阻合电路当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，增大，外电路电阻增大，电路

14、中电流减小，外电路电压增大，电流表读数减小，电路中电流减小，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，正确，其他各项均错其他各项均错【答案】【答案】C学生分组探求二电容式传感器学生分组探求二电容式传感器第第1步探求步探求分层设问，破解疑问分层设问，破解疑问1平行板电容器的电容与哪些要素有关？平行板电容器的电容与哪些要素有关？2电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于丈量的电学量的？丈量的电学量的？【提示】极板正对面积及两极板间间隔的变化、电【提示】极板正对面积及两

15、极板间间隔的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，经过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量经过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律的变化规律第第2步结论步结论自我总结，素能培育自我总结，素能培育常见电容式传感器常见电容式传感器称号称号传感器传感器原理原理测定角度测定角度的的电容式传感器电容式传感器当动片与定片之间当动片与定片之间的角度的角度发生变化发生变化时，引起极板正对时，引起极板正对面积面积S的变化，使的变化，使电容电容C发生变发生变化知道化知道C的变化，的变化，就可以知道就可以知道的变的变

16、化情况化情况测定液体测定液体深度深度h的的电容式传电容式传感器感器导线芯和导电液体构成电容器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容生变化，使电容C发生变发生变化知道化知道C的变化，就可以知的变化，就可以知道道h的变化情况的变化情况测定压力测定压力F的电容的电容式传感器式传感器待测压力待测压力F作用于可动膜片电作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，极上的时候，膜片发生形变，使极板间间隔使极板间间隔d发生变化，引发生变化，引起电容起电容C的

17、变化知道的变化知道C的变化，的变化，就可以知道就可以知道F的变化情况的变化情况测定位移测定位移x的电容式传的电容式传感器感器随着电介质进随着电介质进入极板间的长入极板间的长度发生变化，度发生变化，电容电容C发生变发生变化知道化知道C的变的变化，就可以知化，就可以知道道x的变化情况的变化情况第第3步例证步例证典例印证，思想深化典例印证，思想深化传感器是一种采集信息的重要器件，如图传感器是一种采集信息的重要器件，如图617是由电是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，以下说法中正确的选项是于膜片电极上时，以下说法中正

18、确的选项是 ()假设假设F向下压膜片电极，电路中向下压膜片电极，电路中有从有从a到到b的电流；的电流；假设假设F向下压膜片电极，电路中向下压膜片电极，电路中有从有从b到到a的电流；的电流；假设假设F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；假设电流表有示数，阐明压力假设电流表有示数，阐明压力F F发生变化；发生变化；假设电流表有示数，阐明压力假设电流表有示数，阐明压力F F不会发生变化不会发生变化A A B B C C D D电容器电容电容器电容C变大，根据变大，根据QCU知，极板带电量将增知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从大，电容器充电，电路中有从

19、b到到a的电流，说法正确；的电流，说法正确；假设电流表有示数，阐明电容器有充放电，极板带电量发假设电流表有示数，阐明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据生变化，根据QCU知，电容器电容知，电容器电容C发生变化，从而判发生变化，从而判别出作用在可动膜片电极上的压力别出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法正发生变化，说法正确故确故A项正确项正确【答案】【答案】A电容式传感器可以将非电学量电容式传感器可以将非电学量(如：介质的变化、间隔如：介质的变化、间隔的变化、正对面积的变化的变化、正对面积的变化)转化为电信号，根据这一原理，转化为电信号，根据这一原理，利用电容式传感器也可以测定间隔、面

20、积等物理量，假设利用电容式传感器也可以测定间隔、面积等物理量，假设板间间隔的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容式板间间隔的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容式传感器测压力电容式传感器实践上是一个多功能传感器，传感器测压力电容式传感器实践上是一个多功能传感器，可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反响灵敏等优点式传感器具有体积小、反响灵敏等优点第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1如图如图618所示为测定压力的电容式传感器，将平所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表行板电

21、容器、灵敏电流表(零刻度在中间零刻度在中间)和电源串联成闭合和电源串联成闭合回路，当压力回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开场施加压力使膜片电极从图中的虚线位置推到图中实线位场施加压力使膜片电极从图中的虚线位置推到图中实线位置并坚持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为置并坚持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏从电流表正接线柱流入时指针向右偏)()A向右偏到某一刻度后回到零刻度向右偏到某一刻度后回

22、到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不动向右偏到某一刻度后不动D向左偏到某一刻度后不动向左偏到某一刻度后不动2如图如图619所示的电路可将声音信号转化为电信号，所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿程度与能在声波驱动下沿程度方向振动的镀有金属层的振动膜方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，构成一个电容器，a、b经经过导线与恒定电源两极相接声源过导线与恒定电源两极相接声源S做位移做位移xAsin(100t)的振动，那么的振动，那么()Aa振动过程中，振动过程中，a、

23、b板间的电场板间的电场强度不变强度不变Ba振动过程中，振动过程中，a、b板所带电荷量不变板所带电荷量不变Ca振动过程中，灵敏电流表中一直有方向不变的电振动过程中，灵敏电流表中一直有方向不变的电流流Da向右的位移最大时，向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电板所构成的电容器的电容最大容最大传感器问题中的电路动态分析技巧传感器问题中的电路动态分析技巧分析该类问题时，关键要做到以下四点：分析该类问题时，关键要做到以下四点：1假设涉及光敏电阻，必需明确光照情况怎样变化，假设涉及光敏电阻，必需明确光照情况怎样变化，从而判别出其阻值的变化从而判别出其阻值的变化2假设涉及热敏电阻，必需明确是正温度系数

24、还是假设涉及热敏电阻，必需明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判别其阻值负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判别其阻值的变化的变化3假设是其他元件引起的电路变化可详细问题详细假设是其他元件引起的电路变化可详细问题详细分析分析4结合电路构造特点及部分阻值的变化，根据闭合结合电路构造特点及部分阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化(多项选择多项选择) (2021宿迁高二检测宿迁高二检测)如图如图6110所示，所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强为光敏电阻，当照射光强度增大时度增大时()A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流强度增大中电流强度增大C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电源的路端电压降低电源的路端电压降低图图6110先看名师指津先看名师指津 1掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电阻的阻值随光强的变化规律是