《学霸笔记 同步精讲》第5章 传感器 1.认识传感器　2.常见传感器的工作原理（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共38张PPT)
1.认识传感器　2.常见传感器的工作原理
第五章
2026
课 标 定 位
1.了解什么是传感器,感受传感技术在信息时代的作用与意义。
2.了解传感器的基本结构及各部分的作用。
3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻的特性,知道其工作原理及作用。
素 养 阐 释
1.通过了解传感器的概念,形成物理观念。
2.通过对一些电路的分析,形成科学思维。
3.通过学习光敏电阻、热敏电阻的工作原理,感悟基础知识学习和应用的重要性,培养科学态度。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、传感器及其分类
1.定义:是把被测的非电信息,按一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置。
2.传感器的结构:通常传感器由敏感元件和转换元件组成,有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。
(1)敏感元件:能直接感受诸如压力、光照、温度、磁场、气体等非电信息,并将这些信息变换成易于测量的物理量。
(2)转换元件:又称传感元件,将敏感元件输出的物理量转换成电学量。
(3)信号调节转换电路:对转换元件输出的电信号进行放大、消除干扰,使其转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。
3.传感器的分类
按感知外界信息及变换效应的不同,可将其分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
二、传感器的工作原理
1.温度传感器的原理
将温度变化转换成电学量变化的装置叫作温度传感器。
(1)热敏电阻温度传感器:利用有些半导体材料的电阻率对温度的变化特别敏感的特性制成。NTC热敏电阻(负温度系数)的阻值,随温度升高而减小,PTC热敏电阻(正温度系数)的阻值随温度升高而增大。
(2)热电阻温度传感器:用金属丝制作的感温电阻称为热电阻。
(3)热双金属片温度传感器:以热双金属片作为温度的敏感元件。
2.光传感器的原理
(1)光传感器:将光信号转化为电信号的装置。
(2)应用:自动门、非触摸式自动水龙头、光电式转速表等。
(3)光敏电阻:光传感器的敏感元件,其阻值随光照的增强而减小。
3.力传感器的原理
(1)力传感器:把力学量转换为电学量的装置。
(2)应用:电子秤。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)传感器可以把非电学量转化为电学量。 ( 　　)
(2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大。 ( 　　)
(3)地震时使用的生命探测仪利用了生物传感器( 　　)
(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化,光照越强电阻越小。 ( 　　)
√
×
√
√
2.为什么传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量呢
提示:电学量具有易测量,易控制,测量精度和速度较高,易放大、反馈、存储和可远距离传输等特点。特别是电信号能方便地与计算机连接而进行信息处理,所以传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量。
3.光敏电阻和热敏电阻的特性成因相同吗
提示:不相同。半导体材料受到的光照增强时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,即载流子数增多,于是导电能力明显地增强,电阻减小,这是光敏电阻的特性成因。
对于负温度系数的热敏电阻,温度升高时,有更多的电子获得能量成为自由电子,同时空穴增多,即载流子数增多,于是导电能力明显地增强,电阻减小,这是热敏电阻的特性成因。
合作探究·释疑解惑
知识点一
传感器的结构及分类
【问题引领】
如图所示的机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。该机器人“眼睛”用的是什么传感器
提示:该传感器可以作为机器人的眼睛,则说明它应是通过感光原理来确定障碍物的,故应为光传感器。
【归纳提升】
1.传感器的结构
传感器的一般组成结构如图所示。
非电学量→敏感元件→转换元件→信号调节转换电路→电学量
(1)敏感元件:相当于人的感觉器官,直接感受被测量并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量。
(2)转换元件:也称为传感元件,通常不直接感受被测量,而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。
(3)信号调节转换电路:将转换元件输出的信号进行放大、消除干扰,使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量。
2.传感器的分类
传感器按照工作原理的不同可以分为以下三类。
分类 工作原理
物理传 感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息
化学传 感器 利用化学反应识别和检测信息
生物传 感器 利用生物化学反应识别和检测信息
【典型例题】
【例题1】 关于传感器的作用,下列说法正确的是(　　)
A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B.传感器可以用来采集信息
C.传感器可以将感受到的一些信号转换为力学量
D.传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量
B
解析:通常的传感器输出的电信号非常微弱,要经过放大,再送给控制系统产生各种控制动作,选项A错误。传感器通过采集力、温度、光、声、磁场、化学成分等信息,按一定规律转换为电压、电流、电阻等电学量或电路的通断,传感器并不能将所有非电学量都转换为电学量,故选项B正确,选项C、D错误。
科学思维
传感器的种类繁多,但一般都是将感受到的非电学量转换成电学量,其核心结构是敏感元件→转换元件→信号调节转换电路。解决该类问题的关键是能够充分理解传感器的概念。
【变式训练1】 在多种检测牛奶制品中是否含有三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”,若这种检测方法使用了传感器,应为传感器中的哪一类(　　)
A.物理传感器 B.化学传感器
C.生物传感器 D.温度传感器
C
解析:检测方法为酶标法,所以其原理应该是利用了生物酶,故应为生物传感器,所以C正确。
【问题引领】
知识点二
温度传感器
如图所示,将多用电表的选择开关置于电阻挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高,电阻减小)的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中央。若在RT上擦一些酒精,表针将如何偏转 若用吹风机将热风吹向热敏电阻,表针将如何偏转
提示:由于酒精蒸发,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,表针将向左偏;用吹风机将热风吹向热敏电阻,热敏电阻RT温度升高,电阻值减小,表针将向右偏。
【归纳提升】
1.热敏电阻
(1)指用半导体材料制成,其电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。下图为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
(2)热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻,正温度系数的热敏电阻随温度升高,电阻增大;负温度系数的热敏电阻随温度升高,电阻减小。
2.金属热电阻
(1)有些金属的电阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以用来制作温度传感器,称为金属热电阻。
(2)热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,但相比而言,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,而热敏电阻的灵敏度较好。
【典型例题】
【例题2】 (多选)在温控电路中,通过热敏电阻的阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示的电路,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
AB
解析:当环境温度降低时,R2增大,电路的总电阻增大,由I=知I减小,又U=E-Ir,电压表的读数U增大,B正确。又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1减小,D错误。电容器两板间的电压U2=U-U1,U1=IR1,可知U1减小,U2增大,由电场强度E'=,Q=CU2可知,Q、E'都增大,故A正确,C错误。
科学思维
热敏电阻的特性
要注意热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小,正温度系数的热敏电阻(PTC)其阻值随温度的升高而增大。
【变式训练2】 (多选)下图是测试热敏电阻R的实验电路图,滑动变阻器已调节到某一适当的值。实验中观察到当温度升高时灯更亮,对实验现象分析正确的有(　　)
A.温度升高,电路中的电流减小
B.温度升高,电路中的电流增大
C.温度升高,热敏电阻的阻值增大
D.温度升高,热敏电阻的阻值减小
BD
解析:当温度升高时灯更亮,可知电路中的电流增大,由闭合电路欧姆定律得出电路中总电阻减小,可知热敏电阻的阻值减小,故选B、D。
【问题引领】
知识点三
光传感器
在工厂生产车间的生产线上安装计数器后,就可以准确得知生产产品的数量,下图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什么
提示:当光被产品挡住时,R1电阻增大,电路中电流减小,R2两端电压减小,信号处理系统得到低电压,每通过一个产品就获得一次低电压,并计数一次。
【归纳提升】
1.光敏电阻一般为半导体材料做成,当半导体材料受到光照时,会有更多的电子获得能量成为自由电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明显增强。
2.光敏电阻把光照的强弱转换为电阻大小。
【典型例题】
【例题3】 (多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当入射光的强度增大时(　　)
A.电压表的示数增大 B.R2中的电流减小
C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大
ABC
解析:当入射光的强度增大时,R3的阻值减小,外电路的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律知,干路电流增大,R1两端的电压增大,从而电压表的示数增大,同时内电压增大,故电路的路端电压减小,A项正确,D项错误。因路端电压减小,而R1两端的电压增大,故R2两端电压必减小,则R2中的电流减小,故B项正确。结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大,故小灯泡的功率增大,C项正确。
科学思维
光敏电阻将光照变化转化为电阻变化,通过电路将电阻变化以电流或电压的形式输出,传感器问题变成了直流电路的动态分析问题。
【变式训练3】 将多用电表的选择开关置于电阻挡,再将电表的表笔与一光敏电阻的两端相连,此时电表的指针恰好指在表盘的中央,若用黑纸把光敏电阻包住,从左往右,电表指针的偏角情况是(　　)
A.变小
B.变大
C.不变
D.不能确定
A
解析:因为光敏电阻的阻值会随光照强度的增大而减小,因此,用黑纸把光敏电阻包住,光敏电阻的阻值变大,所以多用电表指针偏角变小,故选项A正确。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(对传感器的理解)关于传感器,下列说法正确的是(　　)
A.所有传感器都是由半导体材料制成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D.水银温度计是一种传感器
B
解析:大多数传感器是由半导体材料制成的,某些金属也可以制成传感器,如金属热电阻,故A错误,B正确。传感器将非电学量转换为电学量,因此传感器感知的应该是“非电信号”,故C错误。水银温度计能感受热学量,但不能把热学量转化为电学量,因此不是传感器,故D错误。
2.(光传感器)(多选)用遥控器调换电视频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程,下列属于这类传感器的是(　　)
A.红外报警装置
B.街道上照明灯的光控开关
C.自动洗衣机中的压力传感器
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
AB
解析:红外报警装置和街道上照明灯的光控开关都是把光信号转化为电信号,所以A、B正确。C为把压力信号转化为电信号,D为把温度信号转化为电信号,所以C、D错误。
3.(温度传感器)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
解析:R2与灯泡L并联后与R1串联,然后与电流表、电源构成闭合电路。当热敏电阻R2温度降低时,它的电阻值增大,外电路电阻增大,电流表读数减小,R1两端电压减小,灯泡L两端电压增大,灯泡亮度变强,故C正确,A、B、D均错误。
4.(光传感器的应用)下图是自动控制电路的原理图,a、b间电压恒定,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。当电路中的光敏电阻不受光的照射时用电器可以正常工作。
(1)当光敏电阻受光的照射时,其阻值和电流表的示数如何变化
(2)当光敏电阻受光的照射时,用电器工作状态怎样
答案:(1)减小　减小　(2)停止工作
解析:分析问题时,首先要根据光敏电阻的光敏特性,明确电路中电阻如何变化,然后再运用电路的相关知识进行判断。
受光照射时,光敏电阻的阻值会减小,所以当光照射时电路总阻值变小,干路电流增大,R2两端电压增大,并联部分的电压变小,用电器停止工作,电流表示数变小。