新教材2025版高中物理第五章傳感器1.認識傳感器2.常見傳感器的工作原理及應用學生用書新人教版選擇性必修第二冊

1.相識傳感器2.常見傳感器的工作原理及應用素養(yǎng)目標1.知道非電學量轉換成電學量的技術意義．(物理觀念)2．了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應用．(物理觀念)3．深化相識物理學對現(xiàn)代生活和科技發(fā)展的促進作用．(科學看法與責任)必備學問·自主學習——突出基礎性素養(yǎng)夯基一、奇妙的傳感器1．樓道燈自動開啟：這個開關會感知環(huán)境的________和聲音的________．只有環(huán)境的亮度________某一數(shù)值，同時聲強________某一數(shù)值時．聲控—光控開關才會接通，燈才會亮．2．自動門：有的自動門裝有一種裝置，當人走近時，可以檢測出人體向外輻射的________，從而發(fā)出訪自動門開關啟動的吩咐．這種裝置就是________________．3．便攜式酒精檢測儀：司機對著“便攜式酒精檢測儀”呼氣，檢測儀就會顯示呼出氣體中的酒精濃度，這是因為檢測儀上裝有“______________”，它能感知乙醇的________．4．傳感器：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們依據(jù)肯定的________轉換為便于傳送和處理的可用信號輸出．通常轉換成的可用信號是________、________等電學量，或轉換為____________．把非電學量轉換為電學量，可以很便利地進行測量、傳輸、處理和限制．二、傳感器的種類1．傳感器的種類：____________、____________、____________等物理傳感器．2．電化學反應原理：把無機或有機化學物質的________、________等轉換為電信號．3．生物活性物質：利用生物活性物質的選擇性來識別和測定生物化學物質，如________________、________________、細胞傳感器等生物傳感器．三、傳感器的組成與應用模式1．敏感元件：是指能干脆感受或響應外界被測________________的部分．2．轉換元件：是指能將敏感元件輸出的信號干脆轉換成________的部分．敏感元件和轉換元件分別完成________和________兩個基本功能．四、光敏電阻把光照強弱轉換為電阻1．特點：光照越強，電阻________．2．緣由：光敏電阻的構成物質為半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能________；隨著光照的________，載流子增多，導電性________．3．作用：把________這個光學量轉換為________這個電學量．五、金屬熱電阻和熱敏電阻把溫度轉換為電阻1．熱敏電阻熱敏電阻由半導體材料制成，其電阻隨溫度的變更特別明顯，溫度上升電阻________，如圖甲所示為某一熱敏電阻的電阻隨溫度變更的特性曲線．2．金屬熱電阻金屬的電阻率隨溫度的上升而________，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導線電阻的溫度特性曲線．3．熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)分—熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻隨溫度的變更而變更且特別明顯電阻率隨溫度的上升而增大制作材料半導體金屬導體優(yōu)點靈敏度好化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大作用能夠將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量4．留意：在工作溫度范圍內，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．六、電阻應變片1．電阻應變片的作用：電阻應變片能夠把物體______這個力學量轉換為________這個電學量．2．電子秤的組成及敏感元件：由________和________組成，敏感元件是________．3．電子秤的工作原理金屬梁自由端受力F?金屬梁發(fā)生彎曲?應變片的電阻變化?走進生活火災探測器的核心元件為光敏傳感器，當煙霧在空氣中的濃度超過設定值時，可以觸發(fā)報警，并對外發(fā)出聲光報警信號．此時傳感器是將什么量進行轉化的？關鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究一對傳感器的相識核心歸納1.傳感器的工作流程非電學量2．傳感器的組成(1)敏感元件相當于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的．(2)轉換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成肯定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件．(3)轉換電路是將轉換元件輸出的不易測量的電學量轉換成易于測量的電學量，如電壓、電流、電阻等．應用體驗例1.全面了解汽車的運行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車平安行駛和駕駛員平安的舉措之一，為仿照汽車油表原理，某同學自制一種測定油箱油量多少或變更多少的裝置．如圖所示，其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．該同學在裝置中運用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過視察電壓表示數(shù)，可以了解油量狀況，你認為電壓表應當接在圖中的________兩點之間，依據(jù)你的接法請回答：當油箱中油量削減時，電壓表的示數(shù)將________(選填“增大”或“減小”)．[試解]針對訓練1.下列關于傳感器工作的一般流程，正確的是()A．非電信息→敏感元件→處理電路→電信息B．電信息→處理電路→敏感元件→非電信息C．非電信息→敏感元件→電信息→處理電路D．非電信息→處理電路→敏感元件→電信息2．(多選)有一種測量人體重的電子秤，其結構如圖中虛線內所示，主要由踏板、壓力傳感器R(是一個阻值可隨壓力大小而變更的電阻器)、顯示體重的儀表G(實質是志向電流表)三部分構成，已知踏板的質量可忽視不計，重力加速度g取10m/s2，志向電流表的量程為0～3A，電源電動勢為12V，內阻為2Ω，電阻R隨壓力變更的函數(shù)式為R＝30－0.02F(F和R的單位分別是N和Ω)．下列說法正確的是()A．該秤能測量的最大體重是140kgB．該秤能測量的最大體重是130kgC．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤上0.375A處D．.該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤上0.400A處探究二對敏感元件的相識核心歸納1.光敏電阻的特點及工作原理(1)當半導體材料受到光照或者溫度上升時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導電實力明顯增加．(2)光敏電阻是用半導體材料(如硫化鎘)制成的．它的特點是光照越強，電阻越?。軌虬压庹諒娙踹@個光學量轉換為電阻這個電學量．2．熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(1)熱敏電阻：用半導體材料制成．(2)金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度上升而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻．(3)熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)分分類熱敏電阻金屬熱電阻特點負溫度系數(shù)的熱敏電阻，電阻率隨溫度的上升而減小電阻率隨溫度的上升而增大R-T圖像(負溫度系數(shù)的熱敏電阻)制作材料半導體金屬導電原理自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動優(yōu)點靈敏度較好化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差作用將溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量3.霍爾元件的工作原理與特點(1)霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B時，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)．(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，載流子所受電場力和洛倫茲力二力平衡．(3)霍爾電壓：UH＝kIBd(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù))．當電流I肯定時，UH應用體驗題型1光敏電阻的特性與應用例2.(多選)如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖(光照耀到光敏電阻上時，電阻減小)，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是()A．當有光照耀R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當有光照耀R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次[試解]題型2熱敏電阻的特性與應用例3.新冠肺炎疫情期間，額溫槍被大量應用于排查高溫患者．額溫槍的原理是通過傳感器接收紅外線得出感應溫度數(shù)據(jù)．某同學在試驗室中用圖甲所示電路驗證額溫槍測量溫度的精確性，已知電源電動勢E＝1.5V，內阻忽視不計，R0＝15Ω，熱敏電阻的阻值與溫度的關系如圖乙所示，則：(1)溫度越高時，電壓表示數(shù)________(選填“越大”或“越小”)；(2)閉合開關后，發(fā)覺電壓表示數(shù)為0.45V，則熱敏電阻此時的溫度為________℃(保留1位小數(shù))．[試解]視野拓展·電容式傳感器例4.電容器是一種常用的電學元件，在電工、電子技術中有著廣泛的應用．有關電容式傳感器在生活中的應用，以下說法正確的是()A．甲圖中，當振動膜片向左運動時，電阻R中的電流方向自右向左B．乙圖中，力F增大的過程中，電流計中的電流從a流向bC．丙圖中，油箱液位上升時，電容變小D．丁圖中，當傳感器由靜止突然向左加速時，電容器處于充電狀態(tài)[試解]針對訓練3.在信息技術高速發(fā)展、電子計算機廣泛應用的今日，擔負著信息采集任務的傳感器在自動限制、信息處理技術中發(fā)揮著越來越重要的作用，其中熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉換成電信號的元件．某學習小組的同學在用多用電表探討熱敏電阻特性的試驗時，安裝好如圖所示裝置．向杯內加入冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內加入熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)覺多用電表的指針偏轉角度較大，則下列說法正確的是()A．應選用電流擋，溫度上升換用大量程測量B．應選用電流擋，溫度上升換用小量程測量C．應選用歐姆擋，溫度上升時換用倍率大的擋D．應選用歐姆擋，溫度上升時換用倍率小的擋4．(多選)目前智能手機普遍采納了電容觸摸屏．因為工作面上接有高頻信號，如圖所示，當用戶手指觸摸電容觸摸屏時，手指和工作面形成一個電容器，限制器可精確確定手指位置．對于電容觸摸屏，下列說法正確的是()A.電容觸摸屏只須要觸摸，不須要壓力即能產(chǎn)生位置信號B．運用絕緣筆在電容觸摸屏上也能進行觸控操作C．手指靠近觸摸屏時，由于手指與屏的夾層工作面距離變小，電容變小D．手指與屏的接觸面積變大時，電容變大隨堂演練·達標自測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1.許多汽車的車窗有防夾手功能．車窗在關閉過程中遇到障礙時會停止關閉并打開，實現(xiàn)該功能可能運用的傳感器是()A．生物傳感器B．氣體傳感器C．溫度傳感器D．壓力傳感器2．(多選)某磁敏電阻的阻值R隨外加磁場的磁感應強度B變更圖線如圖甲所示．學習小組運用該磁敏電阻設計了愛護負載的電路如圖乙所示，U為直流電壓，下列說法正確的有()A．增大電壓U，負載電流不變B．增大電壓U，電路的總功率變大C．抽去線圈鐵芯，磁敏電阻的阻值變小D．抽去線圈鐵芯，負載兩端電壓變小3．(多選)如圖所示是電飯鍋的結構圖，假如感溫鐵氧體的“居里溫度”為103℃，下列說法正確的是()A．常溫下感溫鐵氧體具有較強的磁性B．當溫度超過103℃時，感溫鐵氧體的磁性較強C．飯熟后，水分被大米汲取，鍋底的溫度會超過103℃，這時開關按鈕會跳起D．常壓下只要鍋內有水，鍋內的溫度就不行能達到103℃，開關按鈕就不會自動跳起4.霍爾元件是一種磁傳感器，是實際生活中的重要元件之一．如圖所示為長度肯定的霍爾元件，在該元件中通有方向從E到F的恒定電流I，在空間加一豎直向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B，霍爾元件中的載流子為負電荷．則下列說法正確的是()A．該元件能把電學量轉化為磁學量B．左表面的電勢高于右表面C．假如用該元件測赤道處的磁場，應保持元件上表面呈水平狀態(tài)D．假如霍爾元件中的電流大小不變，則左、右表面的電勢差與磁場的磁感應強度成正比5．電磁繼電器在各種自動扮裝置中有許多應用，街道路燈自動限制就是其應用之一．模擬電路如圖所示，其中A為電磁繼電器，B為照明電路，C為路燈，D為光敏電阻(白天光照強時，電阻變??；夜晚光照弱時，電阻變得很大)．請你將電路連接完整，達到白天燈熄、夜晚燈亮的效果．(連線時導線不能交叉)第五章傳感器1．相識傳感器2.常見傳感器的工作原理及應用必備學問·自主學習一、1．明暗強弱低于高于2．紅外線紅外線傳感器3．乙醇傳感器濃度4．規(guī)律電壓電流電路的通斷二、1．力傳感器磁傳感器聲傳感器2．成分濃度3．酶傳感器微生物傳感器三、1．非電學量2．電信號檢測轉換四、1．越小2．差增加變好3．光照強弱電阻五、1．減小2．增大六、1．形變電阻2．金屬梁應變片應變片走進生活提示：傳感器是將煙霧產(chǎn)生的光學量轉化為電路的電學量，使電路接通，從而對外發(fā)出聲光報警信號．關鍵實力·合作探究探究一應用體驗[例1]解析：由題圖可知當油箱內液面高度變更時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變更，且當R′?R時，UR＝IR可視為UR與R成正比，所以電壓表應接在b、c兩點之間，當油量削減時，浮標下移，右端接入滑動變阻器的電阻變大，電壓表示數(shù)將增大．答案：b、c增大針對訓練1．解析：傳感器一般是將非電學量轉換成電學量，傳感器工作的一般流程：由非電學量，如光照、溫度等，經(jīng)過敏感元件后，由處理電路轉換為電信號，A正確．答案：A2．解析：當電路中的電流I＝3A時，電子秤測量的體重最大，由閉合電路歐姆定律可得I＝ER+r，整理得R＝EI－r＝2Ω，代入R＝30－0.02F可得壓力F＝1400N，而F＝mg，則該秤能測量的最大體重是140kg，A正確，B錯誤；踏板空載時F＝0，代入R＝30－0.02F得到電阻R＝30Ω，由閉合電路歐姆定律得I＝答案：AC探究二應用體驗[例2]解析：當沒有物品攔住由A射出的光信號時，光敏電阻阻值小，由分壓規(guī)律知供應信號處理系統(tǒng)的電壓高；當有物品攔住由A射出的光信號時，光敏電阻的阻值大，供應信號處理系統(tǒng)的電壓低并計數(shù)一次，這種凹凸交替變更的信號經(jīng)過信號處理系統(tǒng)的處理，就會自動將其轉化為相應的數(shù)字，實現(xiàn)自動計數(shù)的功能，故B、C正確．答案：BC[例3]解析：(1)分析圖甲可知熱敏電阻R與R0串聯(lián)，電壓表測R0兩端的電壓U0，當被測物體溫度越高時，由圖乙可知，熱敏電阻的阻值越小，電路中電流I0越大，依據(jù)U0＝I0R0可知U0越大．(2)當電壓表示數(shù)為U′＝0.45V時，依據(jù)串聯(lián)電路的特點可知通過R的電流I＝I′＝U'R0熱敏電阻R兩端電壓U＝E－U′＝1.5V－0.45V＝1.05V則R的阻值R＝UI＝1.05答案：(1)越大(2)40.0[例4]解析：振動膜片向左運動時，電容器兩極板間的距離變大，由C＝εrS4πkd可知，電容器的電容減小，由C＝QU可知，U不變，C減小，則Q減小，電容器放電，電阻R中的電流方向自左向右，A錯誤；乙圖中，力F增大的過程中，電容器兩極板間的距離減小，電容變大，由C＝QU可知，U不變，Q變大，電容器充電，電流計中的電流從b流向a，B錯誤；丙圖中，油箱液位上升時，相當于電容器兩極板間充入介質，電容變大，C錯誤；丁圖中，當傳感器由靜止突然向左加速時，電介質相對電容器向右運動，電容變大，由C答案：D針對訓練3．解析：多用電表與熱敏電阻構成的回路中未接入電源，故不能選用電流擋，A、B錯誤；當溫度上升時多用電表指針偏轉角度較大，說明熱敏電阻的阻值變小了，應當換用歐姆擋倍率小的擋，C錯誤，D正確．答案：D4．解析：由題意可知當用戶手指觸摸電容觸摸屏時，手指和工作面形成一個電容器，因為工作面上接有高頻信號，電流通過這個電容器分別從屏的四個角上的電極中流出，且流經(jīng)四個電極的電流