常见传感器的工作原理+高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第一节常见传感器的工作原理教学课件TeachingCourseware20XX.XX.XX第五章传感器及其应用高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册PART.1PART.2PART.3PART.4素养目标新课讲解新课导入经典例题目录CONTENTSPART.2PART.4课堂练习课堂小结素养目标1.【物理观念】知道什么是传感器，知道传感器的组成和作用。2.【科学思维】了解传感器将非电学量转换为电学量的一般应用模式。3.【科学态度与责任】了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用。新课导入观察生活，很多商场都有自动门，为什么人靠近自动门时，门会打开？为什么手靠近风干机，热风会自动吹出？为什么在电子秤上放上物品，就会显示出重量？像这种能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置，称为传感器。新课讲解Newlessonexplanation新课讲解1、初识传感器仅依靠听觉判断是难以把握西瓜的成熟程度的。能否用测量仪器来代替人耳，准确地判断西瓜的成熟程度呢?

辨别西瓜的成熟程度传感器计算机敲击西瓜麦克风将接收到的声音信号转化为电信号麦克风西瓜计算机显示信号波形新课讲解农贸市场上，用于称重的杆秤已被更为灵敏的电子秤(如图所示)替代。电子秤受到重物的压力，内部的称重传感器就会把受到的压力大小这一信息转化为电信号，并对电信号进行处理后，显示出对应重物质量的相应数字。称重物体实际上，能够完成两种量之间变换或转换关系的器件，都符合传感器的定义范畴。与压力、速度、温度、亮度等非电学量相比，电压、电阻、电容和电感等电学量更便于电学仪表显示和用于自动控制，所以传感器通常是将非电学量转化为电学量，这是物理学中转化法的典型体现。新课讲解角度位移速度压力温度湿度声强光照

传感器电压电流电阻电容传感器：能感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成可用输出信号（主要是电信号）的器件或装置。传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务。新课讲解

在计算机电源内部，应用热传感器（热敏电阻）把探测到的温度信号转化为电信号，通过对电信号的处理，能自动控制散热风扇的转速，保持电源内部温度均衡。

监测火警的烟雾传感器在烟雾浓度达到一定程度时，能输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警。新课讲解传感器：一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，如图所示：敏感元件转换元件转换电路被测量电学量敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等。转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。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。新课讲解2、敏感元件

敏感元件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、压敏等）制成的。

（1）光敏元件（1）将光敏电阻与欧姆表按图5-6连成电路。（2）将光敏电阻受光面置于有光线照射的地方，观察欧姆表的读数，记录光敏电阻的阻值。（3）用黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，移动黑纸片，使光敏电阻接收到的光线出现稍暗、较暗、最暗几种情况，观察这几种情况下光敏电阻阻值的变化，并把相应的阻值记录下来。

当光照由强变弱时，光敏电阻的阻值如何变化？

观察光敏电阻的特性新课讲解

光敏电阻是用金属硫化物等半导体材料制成的。当光照射到这些半导体物质上时，会激发半导体内部受束缚的电子，其电阻值就会发生改变。光照越强，被激发的电子数就越多，电阻值就越小。光敏二极管、光电池等光敏元件是利用某些物质在光照射下电学特性随之变化的特性制成的。新课讲解（2）热敏元件热敏电阻的热敏特性

如图所示，将NTC热敏电阻及温度计放入盛有热水的烧杯中。用多用电表测量热敏电阻的阻值，同时用温度计测出水温。倒入少许冷水，改变烧杯中水的温度，再次测量电阻值与水温。热敏电阻的阻值随温度怎样变化？

热敏电阻是一种常用的热敏元件，广泛应用于温度传感器中。新课讲解温度越高，阻值越小的热敏电阻称为负温度系数热敏电阻。温度越高，阻值越大的热敏电阻称为正温度系数热敏电阻。

电子温度计、电脑、电冰箱、空调等家用电器的温度传感器也是使用的也主要是热敏电阻。

热敏元件是利用半导体的电阻会随温度的变化而改变的特性制成的。热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快。新课讲解金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。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非常明显。说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。新课讲解当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。液位报警示意图油位高→电阻大→灯不亮油位低→电阻小→灯亮应用实例——低油位报警装置新课讲解（3）磁敏元件霍尔元件是根据半导体材料的霍尔效应制成的一种磁敏元件，广泛应用于磁传感器中。

在其垂直方向施加磁感应强度为B

的匀强磁场，将在垂直于电流和磁场的方向上产生电势差为UH

的霍尔电压新课讲解

电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。（4）电容式传感器

如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。经典例题ClassicExample经典例题1.下列关于传感器的说法正确的是()A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数相同C.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量D.半导体热敏电阻常用作温度传感器，温度升高，它的阻值变大答案：C解析：话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故A错误;电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数不同，温度变化时，总体形变和膨胀系数大的金属片形变方向相同，从而控制电路，故B错误;霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，其原理为带电粒子在磁场中发生偏转，在极板间产生电势差，故C正确;半导体热敏电阻属于半导体材料，温度升高，它的阻值变小，故D错误.经典例题2.在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为()A.改变湿度 B.改变温度 C.改变磁场 D.改变电容答案：D解析：根据自动干手机工作的特征，手靠近，电热器工作，手撤离，电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容，手靠近时相当于连接了一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容。用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是因温度、湿度的变化而工作的，就成了室内烘干机，故D正确。经典例题3.下列说法不正确的是() A.传感器担负着信息采集的任务，是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具B.干簧管是一种磁敏感元件C.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号D.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断经典例题答案：C解析：传感器担负着信息采集的任务，是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具，故A正确;干簧管是一种磁敏感元件，能够将磁信号转化为电信号，故B正确;话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，故C错误;电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，故D正确.C符合题意.经典例题4.某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，有声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是()A.光敏电阻和驻极体话筒 B.金属热电阻和光敏电阻C.热敏电阻和霍尔元件 D.热敏电阻和光敏电阻答案：A解析：根据题意，天黑时，有声音电灯才发光;而白天即使有声音，电灯也不能发光，故电路中有光传感器;天黑时，没有声音电灯不发光，故电路中有声音传感器.即控制电路中接入了光传感器和声音传感器，话筒就是声音传感器，故A选项正确、B、C、D选项错误.课堂练习ClassroomPractice课堂练习1、如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时(

)A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小,R2与灯并联部分电阻增大，电压增大，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强.C课堂练习2、下列说法不正确的是（）A.电熨斗中的双金属片是温度传感器B.金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差C.霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器D.热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量D利用双金属片温度传感器，可以控制电熨斗的温度，故A与题意不符；金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，故B与题意不符；霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器，故C与题意不符；热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D与题意相符。课堂练习3、目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于传感器的应用，下列说法中正确的是（）A.自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器B.走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器C