物理人教版（2019）选择性必修第二册 5.2 常见传感器的工作原理及应用（共23张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第二册 5.2 常见传感器的工作原理及应用（共23张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 35.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-02-21 19:46:50 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
第五章 传感器
5.2 常见传感器的工作原理及应用
【学习目标】
1.感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置，知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。
2.了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式。
3.知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。
我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的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？
自读课本97-101页，然后回答下列问题：
1、什么是光敏电阻？它的构造、原理、作用分别是什么？有什么应用？
2、热敏电阻和热电阻是什么材料做成的？它的特点、作用分别是什么？有什么应用？
3、电阻应变片是什么材料做成的？它的原理、作用分别是什么？
有什么应用？
4、电容式位移传感器的原理是什么？有什么应用？
5、霍尔元件的构造、原理是什么？有什么作用？
一.光敏电阻
1、光敏电阻：用对光敏感的半导体材料（硫化镉）制作的元件
2、构造：把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，就形成一个简单的光敏电阻。
3、原理：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差； 随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
4、作用：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。
硫化镉
光敏电阻
一.光敏电阻
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置于倍率为×100的电阻挡。观察不同光照强度下电阻的情况。
观察光敏电阻特性
实验结论：
光敏电阻在被光照射时电阻变小。
5.光敏电阻的应用
——计数器
A是发光仪器
B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、输出电压高
有物品、 挡 光、电阻大、输出电压低
这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
一、光敏电阻
例1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
BD
例2.如图所示,R1、R2为定值电阻,L是小灯泡,R3为光敏电阻,当照射光强度增大时,（ ）
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
ABC
二.金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻：用金属（铂）制作的电阻
特点：金属的电阻率随温度的升高而增大，测温范围大，灵敏度较差。
2.热敏电阻：用半导体材料（氧化锰等金属氧化物）制作的对温度敏感的元件
特点：温度上升时导电能力增强，电阻变小，阻值随温度的变化非常明显，灵敏度高，测温范围小
3.作用：金属热电阻和热敏电阻都能够
把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
二.金属热电阻和热敏电阻
观察热敏电阻特性
将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图5.2-2所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。
实验现象
热敏电阻放热水后，电阻明显减小，
温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。
实验结论
4、热敏电阻的应用：
如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
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
（图甲）。
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（图乙）。
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。
二.金属热电阻和热敏电阻
①金属电阻应变片
②半导体电阻应变片
1.原理与特性
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
金属的电阻应变效应
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
三、电阻应变片
应变片测力原理
2.应用实例——电子秤
金属梁
应变片
应变片
F
在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
汽车称重的地磅
三、电阻应变片
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。用什么方法可以检测电容的变化？
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。
根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
1、霍尔元件：用对磁场敏感的材料（导体，半导体）制作的元件
2、原理：利用霍尔效应现象产生霍尔电压可求得磁感应强度的大小。
3、作用：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。
四.霍尔元件
例4. (多选)电动自行车是一种使用广泛的交通工具,其速度控制是通过转动右把手实现的,这种转动把手称为“霍尔转把”,属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔器件等,截面如图甲。永久磁铁的左、右两侧分别为N、S极,开启电源时,在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压,形成电流,如图乙。随着转把的转动,其内部的永久磁铁也跟着转动,霍尔器件能输出控制车速的霍尔电压,已知电压与车速的关系如图丙。下列关于“霍尔转把”的说法正确的是（ ）
A.为提高控制的灵敏度,应使永久磁铁的上、下端分别为N、S极。
B.按图甲顺时针转动电动车的右把手(手柄转套),车速将变快。
C.图乙中从霍尔器件的前、后面输出控制车速的霍尔电压。
D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压正、负极性对调,将影响车速控制。
BC
例5. (多选)如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法中正确的是( )
A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触
面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触
面积越大，电容越小
D．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触
面积的大小影响电容的大小
ABD
例6.如图所示是一自动控制电路示意图，R1为光敏电阻，当照射到R1处的光消失时，电流表A中的电流I及ab间的电压U的变化情况是 ( )
A．I变大，U变大
B．I变小，U变小
C．I变小，U变大
D．I变大，U变小
A
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
C
当堂检测
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
当堂检测
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. 发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号
D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
A
当堂检测
4. 下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是（ ）
A. 用遥控器控制电视机的开关
B. 走廊照明灯的声控开关
C. 自动洗衣机中的压力传感装置
D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
A
当堂检测
第五章 传感器
5.2 常见传感器的工作原理及应用
【学习目标】
1.感受传感器，知道传感器是把非电学量转换成电学量的器件或装置，知道传感器在生产生活等实践活动中有广泛应用。
2.了解传感器的基本组成部分和应用的一般模式。
3.知道传感器在某些方面可以代替甚至超过人类对自然的感知，能够改变人类的生产生活方式。
我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。那么，常见的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？
自读课本97-101页，然后回答下列问题：
1、什么是光敏电阻？它的构造、原理、作用分别是什么？有什么应用？
2、热敏电阻和热电阻是什么材料做成的？它的特点、作用分别是什么？有什么应用？
3、电阻应变片是什么材料做成的？它的原理、作用分别是什么？
有什么应用？
4、电容式位移传感器的原理是什么？有什么应用？
5、霍尔元件的构造、原理是什么？有什么作用？
一.光敏电阻
1、光敏电阻：用对光敏感的半导体材料（硫化镉）制作的元件
2、构造：把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，就形成一个简单的光敏电阻。
3、原理：硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差； 随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。
4、作用：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。
硫化镉
光敏电阻
一.光敏电阻
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，选择开关置于倍率为×100的电阻挡。观察不同光照强度下电阻的情况。
观察光敏电阻特性
实验结论：
光敏电阻在被光照射时电阻变小。
5.光敏电阻的应用
——计数器
A是发光仪器
B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、输出电压高
有物品、 挡 光、电阻大、输出电压低
这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
一、光敏电阻
例1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
BD
例2.如图所示,R1、R2为定值电阻,L是小灯泡,R3为光敏电阻,当照射光强度增大时,（ ）
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
ABC
二.金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻：用金属（铂）制作的电阻
特点：金属的电阻率随温度的升高而增大，测温范围大，灵敏度较差。
2.热敏电阻：用半导体材料（氧化锰等金属氧化物）制作的对温度敏感的元件
特点：温度上升时导电能力增强，电阻变小，阻值随温度的变化非常明显，灵敏度高，测温范围小
3.作用：金属热电阻和热敏电阻都能够
把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
二.金属热电阻和热敏电阻
观察热敏电阻特性
将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图5.2-2所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。
实验现象
热敏电阻放热水后，电阻明显减小，
温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。
实验结论
4、热敏电阻的应用：
如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
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
（图甲）。
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（图乙）。
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。
二.金属热电阻和热敏电阻
①金属电阻应变片
②半导体电阻应变片
1.原理与特性
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
金属的电阻应变效应
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
三、电阻应变片
应变片测力原理
2.应用实例——电子秤
金属梁
应变片
应变片
F
在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
汽车称重的地磅
三、电阻应变片
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。用什么方法可以检测电容的变化？
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。
根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
1、霍尔元件：用对磁场敏感的材料（导体，半导体）制作的元件
2、原理：利用霍尔效应现象产生霍尔电压可求得磁感应强度的大小。
3、作用：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。
四.霍尔元件
例4. (多选)电动自行车是一种使用广泛的交通工具,其速度控制是通过转动右把手实现的,这种转动把手称为“霍尔转把”,属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔器件等,截面如图甲。永久磁铁的左、右两侧分别为N、S极,开启电源时,在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压,形成电流,如图乙。随着转把的转动,其内部的永久磁铁也跟着转动,霍尔器件能输出控制车速的霍尔电压,已知电压与车速的关系如图丙。下列关于“霍尔转把”的说法正确的是（ ）
A.为提高控制的灵敏度,应使永久磁铁的上、下端分别为N、S极。
B.按图甲顺时针转动电动车的右把手(手柄转套),车速将变快。
C.图乙中从霍尔器件的前、后面输出控制车速的霍尔电压。
D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压正、负极性对调,将影响车速控制。
BC
例5. (多选)如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法中正确的是( )
A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触
面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触
面积越大，电容越小
D．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触
面积的大小影响电容的大小
ABD
例6.如图所示是一自动控制电路示意图，R1为光敏电阻，当照射到R1处的光消失时，电流表A中的电流I及ab间的电压U的变化情况是 ( )
A．I变大，U变大
B．I变小，U变小
C．I变小，U变大
D．I变大，U变小
A
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
C
当堂检测
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
当堂检测
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. 发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号
D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
A
当堂检测
4. 下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是（ ）
A. 用遥控器控制电视机的开关
B. 走廊照明灯的声控开关
C. 自动洗衣机中的压力传感装置
D. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
A
当堂检测