2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第5章传感器5.1认识传感器(5)课件

认识传感器\n一、什么是传感器1.定义:能规定的被测量,并按照一定的规律成可用信号的器件或装置.2.组成:传感器一般由、转换元件和三部分组成.3.分类方式:按被测量划分、按划分、按能量传递方式划分.二、温度传感器1.定义:将温度变化转换为电学量变化的装置.2.原理:通过测量传感器元件的电学量随温度变化来实现温度的测量.感受转换敏感元件转换电路工作原理\n3.热敏电阻:利用半导体材料的阻值随温度变化而变化的特性实现温度测量.4.两类热敏电阻:正温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增大;负温度系数热敏电阻的阻值随温度升高而减小.三、光电传感器1.定义:将光学量变化转化为电学量变化的传感器.2.应用:路灯电路和红外楼道照明开关电路.3.光敏电阻:它是光电传感器的元件,其阻值随光照的增强而.光电自动开关敏感减小\n要点一　传感器及其分类【问题导引】传感器是如何把非电学量转换成电学量的?答案:传感器的敏感元件将感受到的被测量,如温度、位移等,通过转换元件换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量,而转换电路将转换元件输出的物理量转换成电学量输出,如电压、电流频率等.\n【要点透析】1.传感器的作用(1)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,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作.传感器组成如下图所示.(2)把非电学量转换为电学量后,就可以很方便地进行测量、传输、处理存储、显示、记录和控制.\n2.传感器的分类(1)按被测量划分:分为加速度、速度、位移、压力、温度、负荷、扭矩传感器等.(2)按工作原理划分:分为电阻应变式、压电式、电容式、涡流式、动圈式、磁电式、差动变压器式传感器等.(3)按能量传递方式划分:①有源传感器:压电式、热电式、电磁式传感器等;②无源传感器:电阻式、电容式、电感式传感器等.\n【典例1】(多选)某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件).为了确定各元件种类,小华同学把计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将AB、BC、CD接入电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图(a)、(b)、(c)所示,则如下判断中正确的是()A.AB间是电容器B.BC间是电感线圈C.CD间是电容器D.CD间是定值电阻\n〚思路探究〛(1)电容器接入直流电路中时电流有怎样的变化?答案:立即形成充电电流,随之电流迅速减小而变为零.(2)电感器接入直流电路中时电流有怎样的变化?答案:由于自感作用,电流逐渐增大后趋于某一数值.解析:接入电容器时,立即有较大充电电流,但随后充电电流逐渐减小;接入电感线圈后由于自感,电流逐渐增大;接入定值电阻后,电流保持一定值,故AB间为电容器,BC间为电感线圈,CD间为定值电阻,所以选项A、B、D均正确,选项C错误.答案:ABD\n方法技巧传感器的输出信号由于电信号易于保存、放大、计算、传输,且是计算机唯一能够直接处理的信号,所以传感器的输出信息一般是电信号(如电流、电压、频率等).\n〚针对训练1-1〛如图所示电容式话筒就是一种电容式传感器,其原理是:导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器,当振动膜片在声音的作用下振动时,两个电极之间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就变成了电信号.则当振动膜片向右振动时,以下判断中正确的是()A.电容器电容值增大B.电容器带电荷量减小C.电容器两极板间的场强减小D.电阻R上电流方向自左向右\n答案:A\n要点二　热敏电阻和光敏电阻的原理及特性【问题导引】1.热敏电阻的电阻率与什么有关?热敏电阻能够实现什么量之间的转化?答案:热敏电阻的电阻率与温度有关,温度越高,负温度系数的热敏电阻的电阻率越小,正温度系数的热敏电阻的电阻率越大,所以热敏电阻能够将温度这种非电学量转化为电阻这种电学量.2.光敏电阻的电阻率与什么有关?光敏电阻能够实现什么量之间的转化?答案:光敏电阻的电阻率与光照有关,光照越强,光敏电阻的电阻率越小,所以光敏电阻能够将光照强弱这种非电学量转化为电阻这种电学量.\n【要点透析】1.半导体的导电机理光敏电阻、热敏电阻都由半导体材料制成.由于热运动或其他原因,其中极少数电子可能获得较大的能量,挣脱原子的束缚而成为自由电子.这样,在原来的地方就留下一个空位,称为“空穴”.空穴相当于一个正电荷.如果有外电场,自由电子和空穴会向相反的方向做定向移动,于是在半导体中形成电流.由于温度、光强的不同,其导电性能会发生显著变化.\n2.光敏电阻、热敏电阻的特性成因\n【典例2】温度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研究热敏电阻特性实验中,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℃,发现多用电表的指针偏转角度较大,为了较准确的测量,则下列说法中正确的是()A.应选用电流挡,温度升高换用大量程测量B.应选用电流挡,温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡\n〚思路探究〛(1)多用电表指针偏转角度变大,说明了什么?答案:多用电表指针偏转角度变大,说明流经多用电表的电流变大,即电路中的电阻阻值变小.(2)本题中多用电表能否选用电流挡进行测量?答案:不能.由装置图可知,若用多用电表电流挡,回路中没有电源,多用电表指针不偏转.解析:多用电表与热敏电阻构成的回路没有接入电源,所以不能用电流挡,故选项A、B错误;当温度升高时,多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡.故选项C错误,选项D正确.答案:D\n误区警示热敏电阻随温度变化的规律正温度系数热敏电阻阻值随温度升高而增大,而负温度系数热敏电阻阻值随温度升高而减小.\n〚针对训练2-1〛如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED距离不变,下列说法正确的是()A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动触头P,L消耗的功率都不变解析:分析电路,当滑动触头P向左移时,通过LED的电流变大,光照增强,光敏电阻R变小,通过灯泡的电流变大,故L消耗的功率增大,故选项A正确.答案:A\n1.(多选)传感器在各个行业中担负着信息采集的任务,其工作过程可能是()A.将力学量(如形变量)转变成电学量B.将热学量转变成光学量C.将光学量转变成电学量D.将电学量转变成力学量AC解析:传感器的工作过程是将一些不便测量的非电学量转化为便于测量的电学量,由此知选项A、C正确.\n2.传感器的种类多种多样,其性能也各不相同.空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是()A.生物传感器B.红外线传感器C.温度传感器D.压力传感器C解析:空调机是根据温度调节工作状态的,所以其内部使用了温度传感器,故选项C正确.\n3.如图所示是测定位移的电容式传感器,其工作原理是下列哪个量的变化造成其电容的变化()A.电介质进入极板的长度B.两极板间距C.两极板正对面积D.极板所带电荷量A解析:物体移动带动电介质在两极板间的长度变化,从而使电容器的电容发生变化,选项A正确.\n4.为解决楼道的照明问题,在楼道内安装一个传感器控制的电路,当楼道内有人走动而发出声响时,电灯即被接通电源而发光,这种传感器为传感器,它输入的是信号,经传感器转换后,输出的是信号.解析:当楼道内有人走动而发出声响时,电灯会发光,说明该传感器是把声音信号转变为电信号的装置,故为声电传感器.答案:声电　声音　电