第1节　认识传感器 教学课件

物理第五章传感器第1节认识传感器[学习目标]1．了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。2．了解传感器的种类，知道传感器的组成与应用模式。01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标知识点1神奇的传感器1．定义：能够感受力、温度、光、声、化学成分等_______量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_______量，或转换为电路的_______的元件。2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行_______、_______、处理和控制。被测电学通断测量传输知识点2传感器的种类1．物理传感器：__________________________________________，如______________、______________、______________等物理传感器。2．化学传感器：___________________________________________________________________________，如______________、______________等化学传感器。利用物质的物理特性或物理效应制作而成力传感器磁传感器声传感器利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、离子传感器气体传感器浓度等转换为电信号3．生物传感器：_____________________________________________，如______________、_____________________、细胞传感器等生物传感器。利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质酶传感器微生物传感器知识点3传感器的组成与应用模式1．传感器的基本部分：传感器的基本部分一般由______________、______________组成。2．敏感元件是指能直接感受或响应外界_____________________的部分；转换元件是指能将敏感元件输出的信号直接转换成______________的部分。它们分别完成_______和_______两个基本功能。敏感元件转换元件被测非电学量电信号检测转换3．传感器应用的一般模式[判一判](1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(

)(2)干簧管是一种磁传感器。(

)(3)传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具。(

)(4)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。(

)(5)传感器担负着采集信息的任务。(

)√√√×√1．(传感器的原理和分类)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化。与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是(

)A．温度传感器 B．压力传感器C．磁传感器

D．光传感器解析：小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误。√2．(传感器的原理和分类)办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是(

)A．生物传感器 B．红外传感器C．温度传感器

D．压力传感器√解析：自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若用温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能做出错误动作。自动门实际使用的是红外传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开门。3．(传感器的组成与应用模式)(多选)电子电路中常用到一种叫作“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。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．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入电路中相当于开关的作用√√解析：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故B错误，C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，A错误，D正确。4．(传感器的组成与应用模式)某种大型电子地磅电路图如图所示，电源电动势为E，内阻不计。不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流最小；称物体时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大。这样把重力值转换成电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为(

)√探究一传感器的原理和分类【问题导引】夜晚，楼道里漆黑一片。但随着我们的脚步声响，或者“路见不明一声吼”，楼道的灯亮了，经过后，灯则依次熄灭。这其中的奥妙是什么？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——声光延时开关。1．传感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。(2)转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。(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，如电压、电流等。3．分类

工作原理举例物理传感器利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等化学传感器利用化学反应识别和检测信息气敏传感器、湿敏传感器等生物传感器利用生物化学反应识别和检测信号酶传感器、组织传感器、细胞传感器等【例1】关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(

)A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量√[解析]传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故A、B、D错误，C正确。【例2】下列关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的说法，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而不能用于化工领域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，可在任意温度下工作D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境有一定要求√[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；化学传感器一般也是输出电学量，如离子传感器等，故B错误；生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。[针对训练1]人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位(

)A．力传感器 B．光传感器C．温度传感器

D．生物传感器√解析：太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错。[针对训练2]电容式话筒的示意图如图所示，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(

)A．距离变化

B．正对面积变化C．电介质变化

D．电压变化√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。探究二传感器的组成与应用模式

1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集。(2)信息加工、放大、传输。(3)利用所获得的信息执行某种操作。2．分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。(2)敏感元件分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程。【例3】(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图所示。M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻。车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报。下列说法正确的是(

)A．RM随烟雾浓度的增大而增大B．RM随烟雾浓度的增大而减小C．若要提高报警灵敏度可增大RD．若要提高报警灵敏度可减小R[解析]

S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小。当有烟雾，使传感器电阻变化，即RM变小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B正确；R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化越明显，故C正确，D错误。√√【例4】测定压力的电容式传感器如图所示，将平行板电容器、灵敏电流计(0刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流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0刻度B．向左偏到某一刻度后回到0刻度C．向右偏到某一刻度后不动D．向左偏到某一刻度后不动√【例5】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(

)A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动[解析]在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。√[针对训练3]在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作。传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像，则如图所示的图像中可能正确的是(

)√解析：该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正确。[针对训练4]传感器