新教材同步系列2024春高中物理第5章传感器第1节传感器及其工作原理课件粤教版选择性必修第二册

第五章传感器第一节传感器及其工作原理学习任务1．知道什么是传感器，知道传感器的组成和分类。2．知道温度传感器、光电传感器的工作原理及应用。必备知识·自主预习储备01[知识梳理]知识点一传感器及其分类1．定义：能感受被测量的信息，并按照一定的规律转换成__信号的器件或装置。2．传感器的组成：传感器一般由________、转换元件和________三部分组成。(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。电敏感元件转换电路(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、电流等。3．传感器的分类传感器种类繁多，涉及多个学科领域，根据检测量不同，传感器可分为____传感器、____传感器和____传感器等。物理化学生物(1)物理传感器：主要利用被测物理量(如：____、____、位移、亮度等)变化时，敏感元件的电学量(如____、____、____等)发生明显变化的特性制成。如：压电传感器、____传感器、______传感器、____传感器等。(2)化学传感器：主要是基于________的原理。将化学物质的成分、浓度等化学信息转化为电学量的传感器。如：______气体传感器、____传感器、____传感器等。(3)生物传感器：是一种基于__、____和____等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器。如：__传感器、____传感器、____传感器等。压力温度电阻电压电容光电加速度温度化学反应半导体湿敏离子酶抗体激素酶细胞免疫知识点二传感器的原理1．温度传感器的原理(1)温度传感器：将____变化转换为电学量变化的装置，它利用传感器元件的电学量随温度变化而变化的特性来实现对温度的测量。(2)热敏电阻：利用半导体材料的____随温度变化而变化的特性实现对温度的测量，其电阻大小与温度高低有关，温度变化，电阻有明显变化。2．光电传感器的原理(1)光电传感器：将______变化转化为______变化的装置。(2)光敏电阻：光电传感器的敏感元件，其阻值随光照的____而减小。温度阻值光学量电学量增强[基础自测]1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)传感器是一种联络传递感情的设备。 (

)(2)传感器是一种感知、探测物理量的工具。 (

)(3)传感器是将被测量的非电学量转换成电学量的器件或装置。 (

)(4)光敏电阻受到的光照越强，电阻越小。 (

)(5)热敏电阻一定是随温度的升高，其阻值增大。 (

)××√√×2．关于传感器，下列说法不正确的是(

)A．传感器通常是将非电学量转化为电学量的装置B．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置C．所有传感器都是由半导体材料制成的D．传感器广泛应用于信息采集系统C

[传感器通常是通过将非电学量转换成电学量来传递信息的，A正确；压力传感器是将力学量转化为电学量的装置，B正确；用来制作传感器的材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，传感器广泛应用于信息采集系统，故C错误，D正确。]√3．(多选)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BC

[传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量的元件。发光二极管是将电能转化为光能的元件，不是传感器，选项A错误；热敏电阻的温度变化时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，可作为传感器，选项B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，可作为传感器，选项C正确；干电池是一种电源，不是传感器，选项D错误。]√√关键能力·情境探究达成02考点1传感器的原理和分类考点2温度传感器和光电传感器考点3霍尔元件有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息。如图所示为蔬菜大棚内信息采集与自动控制流程的示意图。试结合图中信息思考，在蔬菜种植大棚中要用到哪些传感器？提示：需要五种传感器：光传感器、湿度传感器、温度传感器、气敏传感器、温敏传感器。

√[跟进训练]1．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是(

)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息转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量BC

[传感器的作用主要是用来采集信息并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。故B、C正确。]√√考点2温度传感器和光电传感器1．温度传感器——热敏电阻和金属热电阻(1)热敏电阻。指用半导体材料制成、阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如图所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高，电阻增大；负温度系数的热敏电阻随温度升高，电阻减小。(2)金属热电阻。有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。2．光电传感器——光敏电阻光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，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，于是导电性能明显增强。光敏电阻把光照的强弱转换为电阻大小。【典例2】如图所示，R1、R2为定值电阻，L为电阻丝，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，下列选项中不正确的是(

)A．电压表的示数增大

B．R2中电流减小C．电阻丝的功率增大

D．电路的路端电压增大D

[当光照强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，干路电流增大，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大；由路端电压减小及R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小；结合干路电流增大知流过电阻丝的电流必增大，则电阻丝的功率增大，故选项D错误。]√含传感器电路的分析方法(1)判断电路的整体连接特点。(2)由敏感元件电阻的变化判断出整个电路总电阻的变化。(3)根据闭合电路欧姆定律判断干路中电流的变化。(4)根据电路串并联特点和欧姆定律判断出各部分电路电压和电流的变化，进而得出电压表、电流表示数的变化和各部分功率的变化。[跟进训练]2．火警报警器的电路示意图如图所示。其中，RT为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器。当传感器RT所在处出现火情时，通过显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(

)A．I变大，U变小 B．I变大，U变大C．I变小，U变小 D．I变小，U变大√C

[当传感器RT所在处出现火情时，温度升高，RT的电阻减小，则电路中的总电阻R总减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，电路中的总电流I总变大，路端电压变小，则报警器两端的电压U减小，根据U＝IR可知，电阻R1两端的电压U1增大，根据分压原理可知，电阻R2两端的电压U2变小，则流过R2的电流减小，即电流表读数I变小。故选C。]

√√√霍尔电势判断要点

在判断霍尔电势的高低时，一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。无论载流子是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向。[跟进训练]3．(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是(

)A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化√√√

学习效果·随堂评估自测031．下列关于传感器的说法中不正确的是(

)A．传感器通常能将感受到的外部信息按照一定的规律转换为电信号B．话筒是一种将电信号转换为声信号的传感器C．光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器D．热敏电阻是将温度信息转化为电信号的传感器B

[传感器通常能将感受到的外部信息按照一定的规律转换为电信号，A正确，不符合题意；话筒是一种将声信号转换为电信号的传感器，B错误，符合题意；光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器，C正确，不符合题意；热敏电阻是将温度信息转化为电信号的传感器，D正确，不符合题意。]1234√2．如图所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦一些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是(

)A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变1234√D

[往RT上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小。当酒精蒸发完毕后，RT的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变。所以选项D正确。]12343．如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置。则(

)A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低C．当仅增大R2的阻值时，可减小A、B之间的电压D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压1234√B

[R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得A、B之间的电压U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项错误；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误。]12344．如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。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________(选填“增大”或“减小”)。[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。当油量减少时，