5.3 常见传感器的工作原理及应用 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 5.3 常见传感器的工作原理及应用 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 481.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-03-01 09:24:52 | ||
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文档简介
5.3 常见传感器的工作原理及应用
基础知识导学
1.门窗防盗报警装置实验：
干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻、小磁体。
2.光控开关实验：
发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、继电器、小灯泡、导线若干、黑纸
一、门窗防盗报警装置实验：
1.实验的基本思想：
利用干簧管作为控制器实现：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。
2.实验电路图：
3.工作原理：
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
二、光控开关实验：
1.实验的基本思想：
利用光敏电阻作为光控开关实现在天黑到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。
2.实验电路图：
3.工作原理：
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，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而点亮小灯泡L。
三、霍尔元件
1.构造：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极，它就成了一个霍尔元件。
2.工作原理：如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则M、N间出现霍尔电压。分析可知，霍尔电压与磁感应强度B有线性关系，因此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。
基础小题试练
1.传感器已经广泛应用于我们的生活，为我们带来方便.下列可以用来控制电路通断的温度传感器元件有( )
A.双金属片 B.霍尔片 C.应变片 D.干簧管
2.电梯是高层住宅用户必不可少的日常工具，但有些小朋友不懂事，总做出一些危险行为。某小朋友在电梯门口放了一障碍物，发现电梯门不停地开关，这是电梯门上安装了传感器的结果，他以此为乐，殊不知这种行为有一定的危险性。下列说法中正确的是( )
A.电梯门上安装了温度传感器
B.电梯门上安装了光传感器
C.电梯门上的传感器将温度信号转变为电信号
D.电梯门上的传感器将电信号转化为光信号
3.在一些机场、车站、饭店的洗手间通常都装有自动热风干手器。人们洗手后将湿手靠近干手器，机内传感器发出感应信号，使干手器工作吹出“热风”，将湿手烘干（如图所示）。自动热风干手器之所以能实现这种自动控制，主要是由于湿手靠近它时( )
A.改变了传感器附近的湿度 B.改变了传感器附近的温度
C.改变了传感器的电容 D.改变了传感器的电阻
4.商场里常用电子秤，电子秤中使用的是( )
A.温度传感器 B.压力传感器 C.超声波传感器 D.红外线传感器
5.传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同，电热水壶有水烧干自动断电装置，电热水壶内实现这一功能的传感器是( )
A.力传感器 B.温度传感器 C.声传感器 D.光传感器
6.为保障住户安全，多地小区开始在电梯里尝试使用一种“黑科技”，来阻止电动车进电梯。当电动车进入电梯时，这种“黑科技”就会自动报警，它用到的传感器和下列哪个装置用到的传感器相同( )
A.电饭锅 B.烟雾报警器 C.刷脸考勤机 D.酒精检测仪
答案以及解析
1.答案：A
解析：常温下，双金属片不形变，当有温度时，由于膨胀系数不同，导致形变量不同，故A正确；霍尔片工作原理是，当有磁场时，电子受到洛伦兹力作用，导致电子偏转，从而改变电压，故B错误；应变片是压力传感器，故C错误；干簧管是一种磁控制的开关，故D错误。
2.答案：B
解析：电梯能够识别障碍物，并不断开关电梯门，是因为电梯门安装了光传感器，这个传感器能够将光信号转变为电信号，故B正确，ACD错误。
故选B。
3.答案：C
解析：手靠近干手机能使机内的传感器工作，是因为改变了传感器的电容，发送启动信号给控制芯片，控制芯片在启动电动机工作和加热装置工作.
故选：C.
4.答案：B
解析：根据电子秤的工作原理，可知当电子秤受到压力的作用时，会显示相应的大小，故使用的是压力传感器，故B正确，ACD错误.故选B.
5.答案：B
解析：电热水壶有水烧干自动断电装置，温度达到设定的温度后，会自动停止工作，说明其内部应用的是温度传感器，故选B。
6.答案：C
解析：当电动车进入电梯时，这种“黑科技”就会自动报警，利用抓取图像识别的方式实现。A.电饭锅用到了温度传感器，故A错误；B.烟雾报警器用到了光电传感器，故B错误；C.刷脸考勤机用到了人脸识别，故C正确；D.酒精检测仪用到了酒精传感器，故D错误。故选C。
基础知识导学
1.门窗防盗报警装置实验：
干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻、小磁体。
2.光控开关实验：
发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、继电器、小灯泡、导线若干、黑纸
一、门窗防盗报警装置实验：
1.实验的基本思想：
利用干簧管作为控制器实现：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。
2.实验电路图：
3.工作原理：
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
二、光控开关实验：
1.实验的基本思想：
利用光敏电阻作为光控开关实现在天黑到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。
2.实验电路图：
3.工作原理：
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，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而点亮小灯泡L。
三、霍尔元件
1.构造：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极，它就成了一个霍尔元件。
2.工作原理：如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则M、N间出现霍尔电压。分析可知，霍尔电压与磁感应强度B有线性关系，因此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。
基础小题试练
1.传感器已经广泛应用于我们的生活，为我们带来方便.下列可以用来控制电路通断的温度传感器元件有( )
A.双金属片 B.霍尔片 C.应变片 D.干簧管
2.电梯是高层住宅用户必不可少的日常工具，但有些小朋友不懂事，总做出一些危险行为。某小朋友在电梯门口放了一障碍物，发现电梯门不停地开关，这是电梯门上安装了传感器的结果，他以此为乐，殊不知这种行为有一定的危险性。下列说法中正确的是( )
A.电梯门上安装了温度传感器
B.电梯门上安装了光传感器
C.电梯门上的传感器将温度信号转变为电信号
D.电梯门上的传感器将电信号转化为光信号
3.在一些机场、车站、饭店的洗手间通常都装有自动热风干手器。人们洗手后将湿手靠近干手器，机内传感器发出感应信号，使干手器工作吹出“热风”，将湿手烘干（如图所示）。自动热风干手器之所以能实现这种自动控制，主要是由于湿手靠近它时( )
A.改变了传感器附近的湿度 B.改变了传感器附近的温度
C.改变了传感器的电容 D.改变了传感器的电阻
4.商场里常用电子秤，电子秤中使用的是( )
A.温度传感器 B.压力传感器 C.超声波传感器 D.红外线传感器
5.传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同，电热水壶有水烧干自动断电装置，电热水壶内实现这一功能的传感器是( )
A.力传感器 B.温度传感器 C.声传感器 D.光传感器
6.为保障住户安全，多地小区开始在电梯里尝试使用一种“黑科技”，来阻止电动车进电梯。当电动车进入电梯时，这种“黑科技”就会自动报警，它用到的传感器和下列哪个装置用到的传感器相同( )
A.电饭锅 B.烟雾报警器 C.刷脸考勤机 D.酒精检测仪
答案以及解析
1.答案：A
解析：常温下，双金属片不形变，当有温度时，由于膨胀系数不同，导致形变量不同，故A正确；霍尔片工作原理是，当有磁场时，电子受到洛伦兹力作用，导致电子偏转，从而改变电压，故B错误；应变片是压力传感器，故C错误；干簧管是一种磁控制的开关，故D错误。
2.答案：B
解析：电梯能够识别障碍物，并不断开关电梯门，是因为电梯门安装了光传感器，这个传感器能够将光信号转变为电信号，故B正确，ACD错误。
故选B。
3.答案：C
解析：手靠近干手机能使机内的传感器工作，是因为改变了传感器的电容，发送启动信号给控制芯片，控制芯片在启动电动机工作和加热装置工作.
故选：C.
4.答案：B
解析：根据电子秤的工作原理，可知当电子秤受到压力的作用时，会显示相应的大小，故使用的是压力传感器，故B正确，ACD错误.故选B.
5.答案：B
解析：电热水壶有水烧干自动断电装置，温度达到设定的温度后，会自动停止工作，说明其内部应用的是温度传感器，故选B。
6.答案：C
解析：当电动车进入电梯时，这种“黑科技”就会自动报警，利用抓取图像识别的方式实现。A.电饭锅用到了温度传感器，故A错误；B.烟雾报警器用到了光电传感器，故B错误；C.刷脸考勤机用到了人脸识别，故C正确；D.酒精检测仪用到了酒精传感器，故D错误。故选C。