新教材2025版高中物理第五章传感器1.认识传感器2.常见传感器的工作原理及应用学生用书新人教版选择性必修第二册

1.相识传感器2.常见传感器的工作原理及应用素养目标1.知道非电学量转换成电学量的技术意义．(物理观念)2．了解传感器在生产、生活中的应用．(物理观念)3．深化相识物理学对现代生活和科技发展的促进作用．(科学看法与责任)必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、奇妙的传感器1．楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的________和声音的________．只有环境的亮度________某一数值，同时声强________某一数值时．声控—光控开关才会接通，灯才会亮．2．自动门：有的自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的________，从而发出访自动门开关启动的吩咐．这种装置就是________________．3．便携式酒精检测仪：司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有“______________”，它能感知乙醇的________．4．传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们依据肯定的________转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常转换成的可用信号是________、________等电学量，或转换为____________．把非电学量转换为电学量，可以很便利地进行测量、传输、处理和限制．二、传感器的种类1．传感器的种类：____________、____________、____________等物理传感器．2．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．3．生物活性物质：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如________________、________________、细胞传感器等生物传感器．三、传感器的组成与应用模式1．敏感元件：是指能干脆感受或响应外界被测________________的部分．2．转换元件：是指能将敏感元件输出的信号干脆转换成________的部分．敏感元件和转换元件分别完成________和________两个基本功能．四、光敏电阻把光照强弱转换为电阻1．特点：光照越强，电阻________．2．缘由：光敏电阻的构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能________；随着光照的________，载流子增多，导电性________．3．作用：把________这个光学量转换为________这个电学量．五、金属热电阻和热敏电阻把温度转换为电阻1．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻随温度的变更特别明显，温度上升电阻________，如图甲所示为某一热敏电阻的电阻随温度变更的特性曲线．2．金属热电阻金属的电阻率随温度的上升而________，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．3．热敏电阻与金属热电阻的区分—热敏电阻金属热电阻特点电阻随温度的变更而变更且特别明显电阻率随温度的上升而增大制作材料半导体金属导体优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用能够将温度这个热学量转换为电阻这个电学量4．留意：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．六、电阻应变片1．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把物体______这个力学量转换为________这个电学量．2．电子秤的组成及敏感元件：由________和________组成，敏感元件是________．3．电子秤的工作原理金属梁自由端受力F⇒金属梁发生弯曲⇒应变片的电阻变化⇒走进生活火灾探测器的核心元件为光敏传感器，当烟雾在空气中的浓度超过设定值时，可以触发报警，并对外发出声光报警信号．此时传感器是将什么量进行转化的？关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究一对传感器的相识核心归纳1.传感器的工作流程非电学量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，与被测物理量成肯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．应用体验例1.全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车平安行驶和驾驶员平安的举措之一，为仿照汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变更多少的装置．如图所示，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．该同学在装置中运用了一只电压表(图中没有画出)，通过视察电压表示数，可以了解油量状况，你认为电压表应当接在图中的________两点之间，依据你的接法请回答：当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．[试解]针对训练1.下列关于传感器工作的一般流程，正确的是()A．非电信息→敏感元件→处理电路→电信息B．电信息→处理电路→敏感元件→非电信息C．非电信息→敏感元件→电信息→处理电路D．非电信息→处理电路→敏感元件→电信息2．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其结构如图中虚线内所示，主要由踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变更的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是志向电流表)三部分构成，已知踏板的质量可忽视不计，重力加速度g取10m/s2，志向电流表的量程为0～3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变更的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是()A．该秤能测量的最大体重是140kgB．该秤能测量的最大体重是130kgC．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘上0.375A处D．.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘上0.400A处探究二对敏感元件的相识核心归纳1.光敏电阻的特点及工作原理(1)当半导体材料受到光照或者温度上升时，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，于是导电实力明显增加．(2)光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的．它的特点是光照越强，电阻越小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．2．热敏电阻和金属热电阻的特点(1)热敏电阻：用半导体材料制成．(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度上升而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．(3)热敏电阻和金属热电阻的区分分类热敏电阻金属热电阻特点负温度系数的热敏电阻，电阻率随温度的上升而减小电阻率随温度的上升而增大R­T图像(负温度系数的热敏电阻)制作材料半导体金属导电原理自由电子和空穴等载流子自由电子的定向移动优点灵敏度较好化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量3.霍尔元件的工作原理与特点(1)霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)．(2)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．(3)霍尔电压：UH＝kIBd(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．当电流I肯定时，UH应用体验题型1光敏电阻的特性与应用例2.(多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图(光照耀到光敏电阻上时，电阻减小)，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()A．当有光照耀R1时，信号处理系统获得低电压B．当有光照耀R1时，信号处理系统获得高电压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[试解]题型2热敏电阻的特性与应用例3.新冠肺炎疫情期间，额温枪被大量应用于排查高温患者．额温枪的原理是通过传感器接收红外线得出感应温度数据．某同学在试验室中用图甲所示电路验证额温枪测量温度的精确性，已知电源电动势E＝1.5V，内阻忽视不计，R0＝15Ω，热敏电阻的阻值与温度的关系如图乙所示，则：(1)温度越高时，电压表示数________(选填“越大”或“越小”)；(2)闭合开关后，发觉电压表示数为0.45V，则热敏电阻此时的温度为________℃(保留1位小数)．[试解]视野拓展·电容式传感器例4.电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用．有关电容式传感器在生活中的应用，以下说法正确的是()A．甲图中，当振动膜片向左运动时，电阻R中的电流方向自右向左B．乙图中，力F增大的过程中，电流计中的电流从a流向bC．丙图中，油箱液位上升时，电容变小D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速时，电容器处于充电状态[试解]针对训练3.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今日，担负着信息采集任务的传感器在自动限制、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探讨热敏电阻特性的试验时，安装好如图所示装置．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℃，发觉多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()A．应选用电流挡，温度上升换用大量程测量B．应选用电流挡，温度上升换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度上升时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度上升时换用倍率小的挡4．(多选)目前智能手机普遍采纳了电容触摸屏．因为工作面上接有高频信号，如图所示，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，限制器可精确确定手指位置．对于电容触摸屏，下列说法正确的是()A.电容触摸屏只须要触摸，不须要压力即能产生位置信号B．运用绝缘笔在电容触摸屏上也能进行触控操作C．手指靠近触摸屏时，由于手指与屏的夹层工作面距离变小，电容变小D．手指与屏的接触面积变大时，电容变大随堂演练·达标自测——突出创新性素养达标1.许多汽车的车窗有防夹手功能．车窗在关闭过程中遇到障碍时会停止关闭并打开，实现该功能可能运用的传感器是()A．生物传感器B．气体传感器C．温度传感器D．压力传感器2．(多选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变更图线如图甲所示．学习小组运用该磁敏电阻设计了爱护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有()A．增大电压U，负载电流不变B．增大电压U，电路的总功率变大C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小3．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，假如感温铁氧体的“居里温度”为103℃，下列说法正确的是()A．常温下感温铁氧体具有较强的磁性B．当温度超过103℃时，感温铁氧体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米汲取，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不行能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起4.霍尔元件是一种磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度肯定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，霍尔元件中的载流子为负电荷．则下列说法正确的是()A．该元件能把电学量转化为磁学量B．左表面的电势高于右表面C．假如用该元件测赤道处的磁场，应保持元件上表面呈水平状态D．假如霍尔元件中的电流大小不变，则左、右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比5．电磁继电器在各种自动扮装置中有许多应用，街道路灯自动限制就是其应用之一．模拟电路如图所示，其中A为电磁继电器，B为照明电路，C为路灯，D为光敏电阻(白天光照强时，电阻变小；夜晚光照弱时，电阻变得很大)．请你将电路连接完整，达到白天灯熄、夜晚灯亮的效果．(连线时导线不能交叉)第五章传感器1．相识传感器2.常见传感器的工作原理及应用必备学问·自主学习一、1．明暗强弱低于高于2．红外线红外线传感器3．乙醇传感器浓度4．规律电压电流电路的通断二、1．力传感器磁传感器声传感器2．成分浓度3．酶传感器微生物传感器三、1．非电学量2．电信号检测转换四、1．越小2．差增加变好3．光照强弱电阻五、1．减小2．增大六、1．形变电阻2．金属梁应变片应变片走进生活提示：传感器是将烟雾产生的光学量转化为电路的电学量，使电路接通，从而对外发出声光报警信号．关键实力·合作探究探究一应用体验[例1]解析：由题图可知当油箱内液面高度变更时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变更，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两点之间，当油量削减时，浮标下移，右端接入滑动变阻器的电阻变大，电压表示数将增大．答案：b、c增大针对训练1．解析：传感器一般是将非电学量转换成电学量，传感器工作的一般流程：由非电学量，如光照、温度等，经过敏感元件后，由处理电路转换为电信号，A正确．答案：A2．解析：当电路中的电流I＝3A时，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律可得I＝ER+r，整理得R＝EI－r＝2Ω，代入R＝30－0.02F可得压力F＝1400N，而F＝mg，则该秤能测量的最大体重是140kg，A正确，B错误；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得到电阻R＝30Ω，由闭合电路欧姆定律得I＝答案：AC探究二应用体验[例2]解析：当没有物品拦住由A射出的光信号时，光敏电阻阻值小，由分压规律知供应信号处理系统的电压高；当有物品拦住由A射出的光信号时，光敏电阻的阻值大，供应信号处理系统的电压低并计数一次，这种凹凸交替变更的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B、C正确．答案：BC[例3]解析：(1)分析图甲可知热敏电阻R与R0串联，电压表测R0两端的电压U0，当被测物体温度越高时，由图乙可知，热敏电阻的阻值越小，电路中电流I0越大，依据U0＝I0R0可知U0越大．(2)当电压表示数为U′＝0.45V时，依据串联电路的特点可知通过R的电流I＝I′＝U'R0热敏电阻R两端电压U＝E－U′＝1.5V－0.45V＝1.05V则R的阻值R＝UI＝1.05答案：(1)越大(2)40.0[例4]解析：振动膜片向左运动时，电容器两极板间的距离变大，由C＝εrS4πkd可知，电容器的电容减小，由C＝QU可知，U不变，C减小，则Q减小，电容器放电，电阻R中的电流方向自左向右，A错误；乙图中，力F增大的过程中，电容器两极板间的距离减小，电容变大，由C＝QU可知，U不变，Q变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，B错误；丙图中，油箱液位上升时，相当于电容器两极板间充入介质，电容变大，C错误；丁图中，当传感器由静止突然向左加速时，电介质相对电容器向右运动，电容变大，由C答案：D针对训练3．解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；当温度上升时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应当换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．答案：D4．解析：由题意可知当用户手指触摸电容触摸屏时，手指和工作面形成一个电容器，因为工作面上接有高频信号，电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出，且流经四个电极的电流