新课改高中物理选修二同步专题讲义：16 a传感器 基础版（教师版） -pg电子娱乐平台

传感器知识点一：常见传感器的工作原理及应用一、传感器及其工作原理1．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出．通常是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．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，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制．3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成．4．传感器应用的一般模式：二、光敏电阻光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．三、金属热电阻和热敏电阻1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作成温度传感器，称为热电阻．2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．四、电阻应变片1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象．2．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应．3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．技巧点拨一、传感器1．传感器的核心元件(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：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．2．传感器的工作原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等．这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作．传感器的工作原理如下所示：非电学量电学量二、光敏电阻及其应用1．光敏电阻一般由半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，载流子增多，导电性能明显增强，光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而明显减小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．三、金属热电阻和热敏电阻及其应用1．金属热电阻：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如图5图线所示．2．热敏电阻(1)热敏电阻指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．如下图线所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线．(2)热敏电阻分正温度系数和负温度系数热敏电阻两类，电阻值随温度升高而增大的是正温度系数(ptc)热敏电阻；电阻值随温度升高而减小的是负温度系数(ntc)热敏电阻．常用的是负温度系数热敏电阻．例题精练1．（2021•广东学业考试）测量体温是新冠疫情防控的一种措施.在许多场合，使用手持测温仪测量体温，该测温仪用到的传感器通常是（a．气体传感器b．红外线传感器c．压力传感器d．生物传感器【分析】明确测温仪原理，知道一切物体均在辐射红外线，并且物体的温度越高辐射的红外线越强。【解答】解：红外线最显著的特性是热效应，测温仪工作时利用的电磁波是红外线，即采用了红外线传感器，通过红外线的强弱即可确定人体温度的高低，故b正确，acd2．（2021春•洛阳月考）关于传感器，下列说法中正确的是（a．干簧管是一种能够感知电场的传感器b．火灾报警器都是利用温度传感器实现报警c．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制d．话筒是将电信号转换为声信号的传感器【分析】传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如电压、电流、电量等）或者电路通断的一种元件。根据各个传感器的工作原理来分b、火灾报警器利用光传感器即烟雾传感器报警的，故b错误；c、电熨斗通过双金属片制成的温度传感器实现温度的自动控制，故c正确；d、话筒是将声信号转换为电信号的传感器，故d错误。【点评】传感器能够将其他信号转化为电信号，它们在生产生活中应用非常广泛，在学习中要注意体会，理解其工作原理。随堂练习1．（2021春•瑶海区月考）图甲表示某压敏电阻的阻值r随所受压力变化的情况。把这个压敏电阻与秤台、电池、电流表组合起来（图乙），用压敏电阻作为承重的载体，把电流表的刻度改为相应的质量刻度，就得到了一个简易电子秤。下列说法正确的是（对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系b．f对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系c．f对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系d．f对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系【分析】由图象分析出压力与电阻的关系，从而由欧姆定律分析出电流与压力的关系。【解答】解：由图象可知，压力越大，阻值越小，故当压力为f时，电阻最大，电流最小，当压力为对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，由欧姆定律可知，物体质量与电流为反比例关系，即非线性关系，故b正确，acd错误；【点评】本题主要考查了欧姆定律和传感器的工作原理，解题关键在于由图象分析出压力与电阻的关系，从而由欧姆定律分析出电流与压力的关系。2．（2020秋•金台区期末）如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是（a．位移传感器b．声音传感器c．力传感器d．红外温度传感器【分析】明确各种传感器的工作原理，结合额温枪的原理进行分析即可求解。【解答】解：额温枪是通过测量人体发射的红外线来感知人体体温的，故其核心部件是红外温度传感器，故d正确，abc错误。【点评】本题考查传感器的应用，要注意明确仪器原理，从而确定采用的是哪种传感器。3．（2020秋•武汉期末）下列关于传感器说法中不正确的是（a．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它将压力大小转化为可变电阻，进而转化为电压信号b．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c．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的d．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量【分析】传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器能满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节；光敏电阻是将光信号转化为电信号。【解答】解：a、电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故a正确；b、话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故b错误；c、电熨斗通过温度传感器，由于双金属片上下层膨胀系数不同，在同一温度下的伸缩不一，从而实现温度的自动控制，从而实现控制电路的通断，故c正确；d、光敏电阻是由半导体材料制成的；其电阻值随光照的强弱发生变化，能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化；阻值随光照的增强而减小，故d 正确； 因选不正确的 【点评】传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，在我们的日常生活中得到了广泛应用，不同传感器所转换的信号对象不同，我们应就它的具体原理进行 分析，在学习中要注意体会；要特别注意理解金属电阻与光敏电阻，及热敏电阻的区别。 知识点二：利用传感器制作简单的自动控制装置 一、实验1 门窗防盗报警装置 1．实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光 二极管 led 作为电路正常工作提示，r 为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器 作为报警提醒．电路设计如下图.2．电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体m靠近干簧管sa，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当 门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点 接通，蜂鸣器h发声报警． 3．实验操作 (1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作． (2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作． (3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象． 二、实验2 光控开关 1．实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接 通的开关作用．发光二极管led 模仿路灯．电路设计如图甲． 为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示． 2．电路工作原理 (1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡 (2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡l. 3．实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源． (2)用白光照射光敏电阻，调节r ，使发光二极管led或小灯泡l 刚好不发光． (3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管led 或小灯泡l 发光． (4)让光照加强，当光增强到某种程度时，发光二极管led 或小灯泡l 熄灭． 综合练习 一．选择题（共24 小题） 1．（2021 春•福州期中）下列情况中，应用了光敏传感器的是（ a．商场里的自动玻璃门b．夜间自动打开的路灯 c．火警报警器的自动报警 d．自动恒温冰箱 【分析】商场里的自动玻璃门使用了红外线传感器；火警报警器、自动恒温冰箱温度传 感器；夜间自动打开的路灯利用了光敏传感器。 【解答】解：a、商场里的自动玻璃门使用了红外线传感器。故a 错误； b、夜间自动打开的路灯利用了光敏传感器。故b 正确； c、火警报警器的自动报警利用温度传感器。故c 错误； d、自动恒温冰箱利用温度传感器。故d 错误； 【点评】本题考查了传感器在生产、生活中的应用等知识点。对于物理知识在生活中的实际应用，属于基础知识，要记住。 2．（2021 春•菏泽期中）某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，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 【分析】光敏电阻能够把光信号转化为电信号，驻极体话筒能够把声信号转换为电信号。 【解答】解：根据题意能够感应光和声音的有光敏电阻和驻极体话筒，故a 正确，bcd 错误。 【点评】本题考查了传感器在生产、生活中的应用。这种题型知识点广，多以基础为主，只要平时多加积累，难度不大。 3．（2020 春•荔湾区校级期中）许多饮水机可以保证出水温度恒定，采取的方法是（ a．水温低于设定温度时加热，达到设定温度时，停止加热b．设定程序，固定各次加温时间及加热时间间隔 c．人工控制加温按钮 d．持续加温 【分析】由题意可知保证饮水机的出水温度，必须用温度传感器。 【解答】解：饮水机保证出水温度恒定，常用的方法是利用温度传感器。当水温低于设 定温度时，传递信号触发加热开关信号，接通电路，进行加热；当水温高于设定温度时， 传递信号触发恒温开关信号，接通电路。故a 正确。