5.2 常见传感器的工作原理及应用 (共33张PPT) 课件 高二物理人教版（2019）选择性必修二
文档属性
| 名称 | 5.2 常见传感器的工作原理及应用 (共33张PPT) 课件 高二物理人教版（2019）选择性必修二 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 60.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-03-09 18:19:56 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
第2节 常见传感器的工作原理及应用
第五章
人教版 高中选择性必修第二册
金属热电阻和热敏电阻
02
电阻应变片
03
巩固提升
05
光敏电阻
01
思维拓展
04
新课导入
力
温度
光
声
化学成分
电压
电流
电路的通断
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？
光敏电阻
PART 01
光敏电阻的制作
01
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栅状电极。
硫化镉
光强——电阻率小
光弱——电阻率大
光敏电阻
实 验：观察光敏电阻特性
02
【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。
【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。
实 验：观察光敏电阻特性
02
实 验：观察光敏电阻特性
02
（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
【实验结论】
（2）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。
光敏电子的工作原理
03
光敏电阻工作原理：
光照增强 半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加 材料的电阻率减小
光学量（光照强度）
→
电学量（电阻）
作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
金属热电阻和热敏电阻
PART 02
金属热电阻
01
规 律：
电阻随温度的升高而增大。
优缺点：
热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。
电阻—温度特性曲线
R
T
o
常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做 电阻温度计。
金属热电阻
01
热敏电阻
02
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。
热敏电阻
02
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，
温度升高，热敏电阻的阻值显 著减小。
实验结论
热敏电阻的应用
03
——低油位报警装置
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。
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
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。
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。
油位高→电阻大→灯不亮
油位低→电阻小→灯亮
液位报警示意图
电阻应变片
PART 3
01
原理与特性
我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。
我们怎么根据这个原理制造传感器？
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
01
原理与特性
半导体电阻应变片
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。
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。
原理
常见的一种力传感器：
应变式力传感器
应变片
金属梁
02
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。
思维拓展
PART 4
01
电容式位移传感器
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。
01
电容式位移传感器
（1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等
定片
动片
θ
电介质
金属芯线
导电液体
角度、深度
位移、压力
电容
传感器
电容
（2）改变d：测量压力F
待测压力F
固定电极
可动电极
（3）改变ε：测量位移x
电容器极板
电介质板
被测物体
电容式位移传感器
x
02
霍尔效应
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体中能够自由移动的带电粒子在洛伦兹力的作用下，会发生什么现象？
02
霍尔效应
洛伦兹力等于电场力：
电流微观表达式：
联立得：
令
02
霍尔效应
02
霍尔效应
霍尔传感器应用实例:
永久磁铁和
霍尔元件
①电动车加速器
位置→磁场→电压→控制器控制车速
②霍尔无刷电动机(直流电源)
位置→ → →
三个霍尔
传感器
三个
电压
控制器控制
三个线圈
中的电流
课堂总结
常见传感器的工作原理及应用
光敏电阻
电阻应变片
金属热电阻和热敏电阻
思维拓展
巩固提升
PART 4
巩固提升
1.非触摸式自动感应水龙头如图所示,其应用的传感器是( )
A.压力传感器 B.光电传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
答案:B
解析:自动感应水龙头应用的是光电传感器。
巩固提升
2.如图甲所示,光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照,那么R2两端的电压变化是下列图中的( )
答案:B
解析:光敏电阻阻值随光照的增强而减小,根据题图知R2两端的电压随光照的增强而减小,但不会是零,所以选B。
巩固提升
3.(多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时( )
A.电容器C的带电荷量增大
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
答案:AB
巩固提升
4.(多选)霍尔元件的示意图如图所示,一块通电的铜板放在磁场中,铜板的前、后板面垂直于磁场,板内通有如图方向的电流,a、b是铜板上、下边缘的两点,则( )
A.电势φa>φb
B.电势φb>φa
C.B一定,电流增大时,|φa-φb|增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaCl溶液时,电势结果仍然一样
解析:铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转,所以φa>φb,A对,B错;因|φa-φb|=k ,所以B一定,电流增大时,|φa-φb|增大,C对;若将铜板改为NaCl溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,|φa-φb|=0,即不产生霍尔效应,故D选项错误。
答案:AC
第2节 常见传感器的工作原理及应用
人教版 高中选择性必修第二册
第2节 常见传感器的工作原理及应用
第五章
人教版 高中选择性必修第二册
金属热电阻和热敏电阻
02
电阻应变片
03
巩固提升
05
光敏电阻
01
思维拓展
04
新课导入
力
温度
光
声
化学成分
电压
电流
电路的通断
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？
光敏电阻
PART 01
光敏电阻的制作
01
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栅状电极。
硫化镉
光强——电阻率小
光弱——电阻率大
光敏电阻
实 验：观察光敏电阻特性
02
【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。
【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。
实 验：观察光敏电阻特性
02
实 验：观察光敏电阻特性
02
（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
【实验结论】
（2）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。
光敏电子的工作原理
03
光敏电阻工作原理：
光照增强 半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加 材料的电阻率减小
光学量（光照强度）
→
电学量（电阻）
作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
金属热电阻和热敏电阻
PART 02
金属热电阻
01
规 律：
电阻随温度的升高而增大。
优缺点：
热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。
电阻—温度特性曲线
R
T
o
常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做 电阻温度计。
金属热电阻
01
热敏电阻
02
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。
热敏电阻
02
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，
温度升高，热敏电阻的阻值显 著减小。
实验结论
热敏电阻的应用
03
——低油位报警装置
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。
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
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。
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。
油位高→电阻大→灯不亮
油位低→电阻小→灯亮
液位报警示意图
电阻应变片
PART 3
01
原理与特性
我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。
我们怎么根据这个原理制造传感器？
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
01
原理与特性
半导体电阻应变片
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。
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。
原理
常见的一种力传感器：
应变式力传感器
应变片
金属梁
02
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。
思维拓展
PART 4
01
电容式位移传感器
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。
01
电容式位移传感器
（1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等
定片
动片
θ
电介质
金属芯线
导电液体
角度、深度
位移、压力
电容
传感器
电容
（2）改变d：测量压力F
待测压力F
固定电极
可动电极
（3）改变ε：测量位移x
电容器极板
电介质板
被测物体
电容式位移传感器
x
02
霍尔效应
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体中能够自由移动的带电粒子在洛伦兹力的作用下，会发生什么现象？
02
霍尔效应
洛伦兹力等于电场力：
电流微观表达式：
联立得：
令
02
霍尔效应
02
霍尔效应
霍尔传感器应用实例:
永久磁铁和
霍尔元件
①电动车加速器
位置→磁场→电压→控制器控制车速
②霍尔无刷电动机(直流电源)
位置→ → →
三个霍尔
传感器
三个
电压
控制器控制
三个线圈
中的电流
课堂总结
常见传感器的工作原理及应用
光敏电阻
电阻应变片
金属热电阻和热敏电阻
思维拓展
巩固提升
PART 4
巩固提升
1.非触摸式自动感应水龙头如图所示,其应用的传感器是( )
A.压力传感器 B.光电传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
答案:B
解析:自动感应水龙头应用的是光电传感器。
巩固提升
2.如图甲所示,光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照,那么R2两端的电压变化是下列图中的( )
答案:B
解析:光敏电阻阻值随光照的增强而减小,根据题图知R2两端的电压随光照的增强而减小,但不会是零,所以选B。
巩固提升
3.(多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时( )
A.电容器C的带电荷量增大
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
答案:AB
巩固提升
4.(多选)霍尔元件的示意图如图所示,一块通电的铜板放在磁场中,铜板的前、后板面垂直于磁场,板内通有如图方向的电流,a、b是铜板上、下边缘的两点,则( )
A.电势φa>φb
B.电势φb>φa
C.B一定,电流增大时,|φa-φb|增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaCl溶液时,电势结果仍然一样
解析:铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转,所以φa>φb,A对,B错;因|φa-φb|=k ,所以B一定,电流增大时,|φa-φb|增大,C对;若将铜板改为NaCl溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,|φa-φb|=0,即不产生霍尔效应,故D选项错误。
答案:AC
第2节 常见传感器的工作原理及应用
人教版 高中选择性必修第二册