2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册 5.1 认识传感器 课件（34张PPT）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册 5.1 认识传感器 课件（34张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-29 15:36:48 | ||
图片预览
文档简介
第五章 传感器
第一节 认识传感器
第一节|认识传感器
核心素养点击
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}物理观念
通过观察一些现象和常见实例，初步认识传感器；了解传感器的分类；了解传感器的一般应用模式
科学思维
了解生活中大量使用传感器的实例并运用类比的方法
科学探究
通过实验探究，认识传感器是一种能够把诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量按照一定的规律转换为便于传送和处理的电信号的元件
科学态度与责任
体会传感器在生话、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野；通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识
思维导图
新课引入新知初感悟
【演示实验】 干簧管控制电路的通断
如图所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。
新课引入——传感器
提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？
猜测：盒子里有弹性铁质开关。
探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。
探明原因：当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。
这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。
传感器技术是当今世界的高新技术之一，在生活中的应用非常广泛，我们生活中常用的、远距离操纵电视、空调的遥控器，楼梯中控制人来就亮、人走就熄的电灯的开关，工也生产中所用的自动门和自动报警器，恒温烘箱的自动控制装置，新冠病毒肆虐世界各地时，机场、车站、港口使用的快速、准确检测体温的额温枪等，这些工具都离不开一个核心技容——传感器。
一、传感器
传感器可以感知外界非电量信号，并将它们转换成电量信号，最后把电量信号传输给有用电路。
温度传感器感受到了温度，就像人的手触摸到了物体一样，它就相当于人的手；如果我们把传感器比作人的五官，这些传感器相当于人的哪些感官？
视觉——光传感器、听觉——声音传感器、触觉和温觉——压力和温度传感器、嗅觉——湿度、气体传感器、味觉——味传感器；计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体。
在现代技术中，传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
优点：把非电学量转换为电学量以后，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
【思考与讨论】
使用传感器使我们的生活更加方便、安全和舒适。生活中，你还发现哪些地方使用了传感器？请根据需要大胆地设想：在家里、学校和生活的社区，什么地方应该安装传感器？这些传感器起到了什么作用？
电饭锅、电熨斗、自动干手机、离子感烟器等。能感受到温度、压力、烟雾浓度等信息，并能将感受到的信息按一定规律转换成所需形式的信号输出，实现自动控制需要。
【典例一】
1、传感器在日常生活中有着广泛的应用，下列对传感器的理解正确的是(? ?)
A.传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的
B.传感器是由半导体材料制作而成的
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器可以将采集到的信息转换为电学量
解题思路：传感器不仅能感知电压的变化，也能感知力、温度、光、声等非电学量的变化，A错误；不仅半导体材枓可以制成传感器， 其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物就可以制成热敏电阻，B 错误；电视遥控接收器主要是利用传感器来接收信息的，C错误；传感器可以将采集到的信息转换成电学量，D正确。
答案：D
二、传感器的种类
传感器在现代工业中有着非常重要的作用。其实不止在工业中，当世界进入信息时代，在获取自然和生产领域中的信息方面，传感器是非常重要的途径和手段。那么，传感器有哪些种类呢？
按学科分类：
1、物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等。
2、化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等。
3、生物传感器：有的利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。
传感器按测量的量分类，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器；
按工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
电容式传感器
1、原理：电容器的电容取决于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量（如角度e、位移x、深度H等）的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种传感器称为电容式传感器。
2、常见的电容式传感器
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}名称
图示
原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器
在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}名称
图示
原理
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
【典例二】
2、测定压力变化的电容式传感器A，B两极如图所示，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中， 当待测压力增大时( )
A.电容器的电容变小
B.电阻R中没有电流
C.电阻R中有从a流向b的电流
D.电阻R中有从b流向a的电流
解题思路：当压力增大时，电容器两极板间的距离变小，电容器的电容变大，因电容器两端的电压不变，所以电容器的带电荷量变大，即电源给电容器充电，所以电阻R中有电流，电流方向从b流向a，选项D正确。
答案：D
三、传感器的组成与应用模式
请同学们阅读课本，了解传感器的组成以及各个组成部分的作用。
传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调整与转换电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应外界被测非电学量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。由于传感器输出的电信号一般都很微弱，因此传感器输出的信号一般需要通过信号调整与转换电路进行放大，调制之后才能进行显示和参与控制。
如何应用从传感器获得的有用信号呢？
有三种方式。
第一种可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；
第二种可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；
第三种可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。
电信号
被测量
传感器应用的模式：
敏感元件
转换元件
信号调整与转换电路
计算机系统
显示器（指针式电表或数字屏）
执行机构
传感器基本部分
不同电磁波的特点及应用
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A} ?
特点
用途
无线电波
波动性强
通讯、广播、导航
红外线
热作用强
加热、遥感、红外线制导等
可见光
人类视觉效应
照明、照相等
紫外线
化学作用、荧光效应
杀菌消毒、验钞等
X射线
穿透力强
检查、探测、透视等
γ射线
穿透力最强
探测、治疗等
【基础练习】
1、某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，有声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A.光敏电阻和驻极体话筒
B.金属热电阻和光敏电阻
C.热敏电阻和霍尔元件
D.热敏电阻和光敏电阻
答案：A
解析：根据题意，天黑时，有声音电灯才发光；而白天即使有声音，电灯也不能发光，故电路中有光传感器；天黑时，没有声音电灯不发光，故电路中有声音传感器.即控制电路中接入了光传感器和声音传感器，话筒就是声音传感器，故A选项正确、B、C、D选项错误。
2、关于传感器，下列说法正确的是(? ?)
A.传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B.金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C.干簧管是能够感知电场的传感器
D.热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小
答案：A
解析：A项叙述符合传惑器的定义，A正确:金属热电阻是将热学量转换为电学量的一种传感器，B错误。干簧管是把磁场的强弱转化为电路的通断的传感器.C错误。热敏电阻的阻值不一定隨温度的升高而减小，D错误。
3、如图所示，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摸点，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( )
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.如果用带了绝缘手套的手触摸屏幕，照样能在触摸屏上进行触控操作
答案：AB
解析：根据题意知，人是导体，人的手指和内部导体层间会形成一个电容，故A正确；由平行板电容器的决定式可知，接触面积增大时，电容增大，故B正确，C错误；绝缘手套与内部导体层间不能形成一个电容器，所以不能在触摸屏上进行触控操作，故D错误。
第一节 认识传感器
第一节|认识传感器
核心素养点击
{F5AB1C69-6EDB-4FF4-983F-18BD219EF322}物理观念
通过观察一些现象和常见实例，初步认识传感器；了解传感器的分类；了解传感器的一般应用模式
科学思维
了解生活中大量使用传感器的实例并运用类比的方法
科学探究
通过实验探究，认识传感器是一种能够把诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量按照一定的规律转换为便于传送和处理的电信号的元件
科学态度与责任
体会传感器在生话、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野；通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识
思维导图
新课引入新知初感悟
【演示实验】 干簧管控制电路的通断
如图所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。
新课引入——传感器
提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？
猜测：盒子里有弹性铁质开关。
探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。
探明原因：当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。
这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。
传感器技术是当今世界的高新技术之一，在生活中的应用非常广泛，我们生活中常用的、远距离操纵电视、空调的遥控器，楼梯中控制人来就亮、人走就熄的电灯的开关，工也生产中所用的自动门和自动报警器，恒温烘箱的自动控制装置，新冠病毒肆虐世界各地时，机场、车站、港口使用的快速、准确检测体温的额温枪等，这些工具都离不开一个核心技容——传感器。
一、传感器
传感器可以感知外界非电量信号，并将它们转换成电量信号，最后把电量信号传输给有用电路。
温度传感器感受到了温度，就像人的手触摸到了物体一样，它就相当于人的手；如果我们把传感器比作人的五官，这些传感器相当于人的哪些感官？
视觉——光传感器、听觉——声音传感器、触觉和温觉——压力和温度传感器、嗅觉——湿度、气体传感器、味觉——味传感器；计算机相当于人的大脑，执行机构相当于人的肌体。
在现代技术中，传感器是指这样一类器件或装置：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
优点：把非电学量转换为电学量以后，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
【思考与讨论】
使用传感器使我们的生活更加方便、安全和舒适。生活中，你还发现哪些地方使用了传感器？请根据需要大胆地设想：在家里、学校和生活的社区，什么地方应该安装传感器？这些传感器起到了什么作用？
电饭锅、电熨斗、自动干手机、离子感烟器等。能感受到温度、压力、烟雾浓度等信息，并能将感受到的信息按一定规律转换成所需形式的信号输出，实现自动控制需要。
【典例一】
1、传感器在日常生活中有着广泛的应用，下列对传感器的理解正确的是(? ?)
A.传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的
B.传感器是由半导体材料制作而成的
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器可以将采集到的信息转换为电学量
解题思路：传感器不仅能感知电压的变化，也能感知力、温度、光、声等非电学量的变化，A错误；不仅半导体材枓可以制成传感器， 其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物就可以制成热敏电阻，B 错误；电视遥控接收器主要是利用传感器来接收信息的，C错误；传感器可以将采集到的信息转换成电学量，D正确。
答案：D
二、传感器的种类
传感器在现代工业中有着非常重要的作用。其实不止在工业中，当世界进入信息时代，在获取自然和生产领域中的信息方面，传感器是非常重要的途径和手段。那么，传感器有哪些种类呢？
按学科分类：
1、物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成，如力传感器、磁传感器、声传感器等。
2、化学传感器：利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号，如离子传感器、气体传感器等。
3、生物传感器：有的利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质，如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。
传感器按测量的量分类，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器；
按工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
电容式传感器
1、原理：电容器的电容取决于极板间的正对面积S、极板间距d、极板间的电介质这几个因素。如果某个物理量（如角度e、位移x、深度H等）的变化引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，通过电容的变化就可以确定上述物理量的变化，这种传感器称为电容式传感器。
2、常见的电容式传感器
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}名称
图示
原理
测定角度θ的电容式传感器
当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况
测定液面高度h的电容式传感器
在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道h的变化情况
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}名称
图示
原理
测定压力F的电容式传感器
待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况
测定位移x的电容式传感器
随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况
【典例二】
2、测定压力变化的电容式传感器A，B两极如图所示，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中， 当待测压力增大时( )
A.电容器的电容变小
B.电阻R中没有电流
C.电阻R中有从a流向b的电流
D.电阻R中有从b流向a的电流
解题思路：当压力增大时，电容器两极板间的距离变小，电容器的电容变大，因电容器两端的电压不变，所以电容器的带电荷量变大，即电源给电容器充电，所以电阻R中有电流，电流方向从b流向a，选项D正确。
答案：D
三、传感器的组成与应用模式
请同学们阅读课本，了解传感器的组成以及各个组成部分的作用。
传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调整与转换电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应外界被测非电学量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。由于传感器输出的电信号一般都很微弱，因此传感器输出的信号一般需要通过信号调整与转换电路进行放大，调制之后才能进行显示和参与控制。
如何应用从传感器获得的有用信号呢？
有三种方式。
第一种可以用指针式电表或数字屏等显示测量的数据；
第二种可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门、开通或关闭电动机等动作；
第三种可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。
电信号
被测量
传感器应用的模式：
敏感元件
转换元件
信号调整与转换电路
计算机系统
显示器（指针式电表或数字屏）
执行机构
传感器基本部分
不同电磁波的特点及应用
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A} ?
特点
用途
无线电波
波动性强
通讯、广播、导航
红外线
热作用强
加热、遥感、红外线制导等
可见光
人类视觉效应
照明、照相等
紫外线
化学作用、荧光效应
杀菌消毒、验钞等
X射线
穿透力强
检查、探测、透视等
γ射线
穿透力最强
探测、治疗等
【基础练习】
1、某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，有声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A.光敏电阻和驻极体话筒
B.金属热电阻和光敏电阻
C.热敏电阻和霍尔元件
D.热敏电阻和光敏电阻
答案：A
解析：根据题意，天黑时，有声音电灯才发光；而白天即使有声音，电灯也不能发光，故电路中有光传感器；天黑时，没有声音电灯不发光，故电路中有声音传感器.即控制电路中接入了光传感器和声音传感器，话筒就是声音传感器，故A选项正确、B、C、D选项错误。
2、关于传感器，下列说法正确的是(? ?)
A.传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B.金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C.干簧管是能够感知电场的传感器
D.热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小
答案：A
解析：A项叙述符合传惑器的定义，A正确:金属热电阻是将热学量转换为电学量的一种传感器，B错误。干簧管是把磁场的强弱转化为电路的通断的传感器.C错误。热敏电阻的阻值不一定隨温度的升高而减小，D错误。
3、如图所示，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摸点，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( )
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.如果用带了绝缘手套的手触摸屏幕，照样能在触摸屏上进行触控操作
答案：AB
解析：根据题意知，人是导体，人的手指和内部导体层间会形成一个电容，故A正确；由平行板电容器的决定式可知，接触面积增大时，电容增大，故B正确，C错误；绝缘手套与内部导体层间不能形成一个电容器，所以不能在触摸屏上进行触控操作，故D错误。