高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 传感器及其工作原理课文配套ppt课件

这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 传感器及其工作原理课文配套ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了晶体管，空调机，遥控器等内容，欢迎下载使用。
一、传感器及其分类1．填一填(1)传感器：能够感受到被测量的信息，并将其按照一定的规律转化为可用信号的器件或装置。(2)传感器组成：一般由 元件、转换元件和转换电路三部分组成。如图所示：
(3)传感器的分类①物理传感器：利用被测物理量(如压力、温度、位移、亮度等)变化时，敏感元件的 量(如电阻、电压、电容等)发生明显变化的特性制成的传感器，如压电传感器、光电传感器、加速度传感器、温度传感器等。②化学传感器：基于化学反应的原理，将化学物质的成分、 等化学信息转化为电学量的传感器，如半导体气体传感器、湿敏传感器、离子传感器等。③生物传感器：基于酶、抗体和 等分子识别功能，并将其转换为电信号进行检测的传感器，如酶传感器、细胞传感器、免疫传感器等。
2．判一判(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。( )(2)传感器只能感受温度和光两个物理量。( )(3)传感器能够将非电学量转化为电学量，其核心部件是敏感元件。( )3．想一想　交警用酒精检测仪可以测量司机呼出气体的酒精浓度。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。
二、温度传感器和光电传感器的原理1．填一填(1)温度传感器的原理①温度传感器：将 变化转换为电学量变化的装置。②温度传感器中的敏感元件： 电阻、热电偶、热双金属片等。③热敏电阻的分类：a．正温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而 。b．负温度系数热敏电阻：阻值随温度的上升而 。c．临界温度系数热敏电阻：阻值在很小的温度范围内急剧 。
(2)光电传感器的原理①光电传感器：能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转化成电信号的传感器。②光敏电阻：是光电传感器的敏感元件，其电阻随光照的增强而 。③光电传感器中的敏感元件：光敏电阻、光电池、光敏 等。2．判一判(1)光敏电阻随着光照的增强，导电性变好。 ( )(2)热敏电阻能够把热学量转换为电学量。 ( )(3)只有热敏电阻才能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。 ( )
3．选一选有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是(　　)A．金属导体　　　　　　　B．光敏电阻C．热敏电阻 D．霍尔元件解析：金属导体电阻一般随温度升高而增大，光敏阻是随光照强度的增大而减小，正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，霍尔元件随磁感应强度的增大其两端的电压增大，故C正确，A、B、D错误。答案：C　
三、传感器的应用1．填一填(1)生活中的传感器①与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、 、消毒碗柜等。②与红外线传感器相关的应用：自动门、家电 、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等。③与光敏传感器相关的应用：照相机。④与压力传感器相关的应用：家用便携式电子秤。
(2)农业生产中的传感器①湿度传感器的应用：无人管理的自动喷灌系统。②温度传感器的应用：自动 的蔬菜大棚。③现代粮库采用温度传感器和湿度传感器，通过通风装置进行自动控制，有效地减少粮库里的霉变。(3)工业生产中的传感器①汽车生产线上的焊接机器人是 传感器、力学传感器、温度传感器、电弧传感器等的联合应用。②埋入式 传感器安置在大桥或水坝中，可以实时监测大桥或水坝的裂痕等安全隐患。
(4)航天航空中的传感器①运载火箭上应用的压力传感器。②哈勃空间望远镜上应用的高精度光学传感器。③载人飞船中应用的 传感器。2．判一判(1)酒店自动门应用了红外线传感器。( )(2)电冰箱用于控制压缩机工作的温控系统中用到了温度传感器。 ( )(3)汽车自动化生产线上用于焊接的机器人只利用了力学传感器。 ( )
3．选一选类人型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。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是 (　　)A．是力传感器　　　　　　B．是光传感器C．是温度传感器 D．是声音传感器解析：碰到障碍物前会自动避让，说明它是光传感器，B正确，A、C、D错误。答案：B　
探究(一)　　传感器的工作原理[问题驱动]CPU温度是由CPU内置的温度传感器侦测到温度之后传达给BIOS显示出来，由BIOS依据温度高低来决定散热风扇的转速。(1)CPU温度传感器的作用是什么？主要由什么元件组成？(2)CPU温度传感器的存在对电脑有什么意义？提示：(1)将非电学量温度转化为电学量输出给BIOS，主要由敏感元件和转换元件组成。(2)及时将CPU温度传递给电脑，防止因CPU温度过高而出现死机现象。
【重难释解】传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下所示。
　典例1 某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板。对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P向左运动的过程中(　　)A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C．M点的电势比N点的低D．M点的电势比N点的高
分析传感器时要明确的问题(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的。
【素养训练】1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　　)A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
2．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做成的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．以上说法都不正确解析：大多数传感器是由半导体材料做成的，某些金属也可以做传感器，如金属热电阻。传感器将非电学信号转换为电学信号，因此传感器感知的应该是“非电学信号”。故只有B正确。答案：B　
3．当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息 (　　)A．温度　　　　　　　　B．运动C．人 D．光线解析：自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。故D正确。答案：D　
探究(二)　　电阻式传感器的应用分析[问题驱动]如图是应变片的原理及力学传感器的应用的图片。(1)电子秤的敏感元件是什么？(2)电阻应变片是怎样把非电学量转化为电学量的？提示：(1)电阻应变片。(2)当电阻应变片长度和横截面积发生变化时，由电阻定律可知电阻发生变化。
【重难释解】1．电阻式传感器性能比较
典例2　温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示的R­t图线，闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA，求：(1)电流表G的内阻Rg。(2)当电流表的示数I2＝1.8 mA时，热敏电阻R的温度。
含传感器的电路动态分析的四点注意(1)如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化。(2)如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化。(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析。(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。
【素养训练】1.(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　　)A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻
解析：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。答案：AC　
2．(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的带电荷量增加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
3．如图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图，利用电压表(内电阻很大)的示数来指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表的示数为零。设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻为R0，弹簧的劲度系数为k，若不计一切摩擦和其他阻力。
(1)求出电压表示数Ux与所称物体质量m的关系式。(2)由(1)的计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于制作刻度。为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在如图的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式。
探究(三)　　传感器的应用[问题驱动]家用汽车已经配备自动大灯，可以自动控制灯光的开启和关闭，比如你白天突然进入隧道或者清晨傍晚光线不好时，大灯自动打开照亮前路，使行车更安全。请问是如何实现的？提示：用光控开关控制大灯开启，光敏元件收集到光照强度较弱时，开关打开，大灯亮起。　　　　
【重难释解】1．传感器的应用步骤物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件。我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集。(2)信息加工、放大、传输。(3)利用所获得的信息执行某种操作。
2．分析传感器问题要注意三点(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等。(2)输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律。(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律。
霍尔电势高低的判断方法(1)由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面；如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向。(2)在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷。
【素养训练】1.如图所示，截面为矩形的金属导体，放在匀强磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什么关系 (　　)A．φM>φN　　　　　B．φM＝φNC．φM