常见传感器的工作原理及应用+导学案 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

高二年级物理学科导学案编写：授课时间：班级：学生姓名：5.2常见传感器的工作原理及应用【学习目标】1.明确传感器的主要元件是敏感元件。2.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性并会分析利用其特性制作的传感器。3.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。预习检测1.光敏电阻（1）把涂敷在上，在其表面再用涂敷两个互不相连的梳状电极，就形成一个光敏电阻。光敏电阻被光照射时电阻发生变化的原因是：（2）光敏电阻能够把这个光学量转换为这个电学量。（3）光敏电阻的应用，如光敏电阻自动计数，当光照到光电传感器上时，阻值较，光照被遮挡时，光敏电阻的阻值较。阻值的变化会影响供给信号处理系统的电压，信号高低交替变化，经过处理就会实现自动计数的功能。（4）光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断_______。2.金属热电阻和热敏电阻（1）除光照外，也能明显地影响和的导电性能。（2）金属热电阻：电阻率随温度的升高而_______。常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做_______。（3）热敏电阻：半导体材料在温度上升时_______增强。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化_______。（4）区别：与热敏电阻相比，金属热电阻的_______，测温范围大，但灵敏度较差。（5）热敏电阻能够把这个热学量转换为这个电学量。（6）应用：低油位报警装置。液面较高时，。液体减少，液面较低时。3.电阻应变片（1）电阻的决定式为，即电阻与有关。当金属丝被拉长时，变小，变大。（2）金属的电阻应变效应：。半导体的压阻效应：。（3）电阻应变片能够把这个力学量转换为这个电学量。（4）应用：应变式力传感器：4.电容式传感器电容器的_______决定于极板的正对面积S、_______以及_______这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成_______。二、问题探究1.知识回顾：我们知道，传感器可以感受非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。（1）什么是非电学量呢？（2）什么又是电学量呢？（3）传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？跟着本节课来寻找答案。2.光敏电阻（1）什么是光敏电阻？能将什么非电学量转化为哪种电学量？（2）为什么光敏电阻的阻值会随光强的变化而变化呢？（3）光电计数器的结构和工作原理是怎样的？3.金属热电阻与热敏电阻（1）金属热电阻的特点（2）热敏电阻的特点（3）两种电阻的区别（4）低油位报警装置的工作原理4.电阻应变片（1）电阻大小的影响因素（2）金属的电阻应变效应：（3）电阻应变片能够把什么非电学参量转换为哪个电学量？（4）压变式传感器的工作原理：5.电容式传感器（1）工作原理：（2）特点：（3）应用：课堂巩固1.（多选）利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况。如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是A.传送带运动的速度是0.1m/sB.传送带运动的速度是0.2m/sC.该传送带每小时输送3600个工件D.该传送带每小时输送7200个工件2.传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表（实质是理想电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器的电阻R与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，g取10m/s2。请作答：（1）该秤零点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘A处。（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的质量是kg。3.节能路灯通过光控开关实现自动控制，简化电路如图所示，RL为光敏电阻，其阻值随光照强度增加而减小，a、b端接控制路灯电源的开关，现天色变暗，下列判断正确的是A.R0两端的电压变小B.指示灯L变暗C.a、b两点间电压Uab变小D.光敏电阻RL中的电流变大4.(多选)如图为电阻R随温度T变化的图线.下列说法中正确的是A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高5.(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，为电容器。当环境温度降低时A.电容器C的带电荷量增大B.理想电压表的示数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大6.已知压敏电阻的阻值随其所受压力的增大而减小，如图甲所示为用压敏电阻设计的判断电梯运动的装置，探究电梯的运动状态（已知电梯加速度小于重力加速度）。其工作原理如图所示，质量为m的物体置于压敏电阻（图中斜线阴影部分）上，当电梯静止