高中物理1 认识传感器课堂教学课件ppt

这是一份高中物理1 认识传感器课堂教学课件ppt，共58页。PPT课件主要包含了红外线，电信号，电学量，半导体，负温度，正温度，金属丝，膨胀系数，应变片，电压差等内容，欢迎下载使用。

1．了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义。2．了解光敏电阻的工作原理及应用；了解热敏电阻和金属热电阻的工作原理及应用。3．了解电阻应变片在电子秤上的应用；了解电容在传感器中的应用。4．知道将非电学量转化为电学量的意义。
必备知识·自主预习储备
知识点一　认识传感器1．传感器：把被测的____信息，按一定规律转换成与之对应的__信号的器件或装置。2．生活中常见的传感器(1)自动门：门的上方装有______传感器。(2)楼道的声控开关：楼道中安装有__传感器。(3)自动水龙头：水龙头旁边装有______传感器。
3．传感器的结构(1)组成：通常由____元件、____元件组成，有时也将信号调节转换电路和辅助电源作为传感器的组成部分。(2)常见敏感元件：____元件、光敏元件、____元件、磁敏元件、气敏元件等。(3)转换元件的作用：将敏感元件输出的物理量转换成____量。(4)信号调节转换电路的作用：将转换元件输出的______转换成便于显示、记录、处理和控制的______。
4．传感器的分类：按感知外界信息及变换效应的不同可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。
思考　楼道灯是通过什么传感器控制的？
提示：是利用光传感器和声传感器控制的。
知识点二　常见传感器的工作原理1．温度传感器(1)热敏电阻温度传感器热敏电阻由______材料制成，其电阻随温度灵敏变化，可分为阻值随温度升高而减小的______系数热敏电阻(NTC)和阻值随温度升高而增大的______系数热敏电阻(PTC)。
(2)热电阻温度传感器用______制作而成，阻值随温度的升高而____，可用于测温和测量流体的____等。(3)热双金属片温度传感器双金属片在温度变化时由于“________”不同而产生的____不同，可用来控制电路的____，常用在温度控制装置中。
2．光传感器(1)材料：金属或半导体。(2)信号转换：光信号转化为__信号(电流、电压)。(3)常见应用①自动门和自动水龙头利用了红外线传感器；在环境监测、火灾报警等装置中通常利用光传感器监测烟尘浓度。②测量机械转速时利用到光传感器——光电式转速表。
提醒　力传感器不仅可以测量压力，也可以测量拉力。
[预习体验]思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)传感器只能感受温度和光两个物理量。(　)(2)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。(　)(3)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。(　)(4)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　)(5)热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏。(　)(6)电子秤是应用了力传感器。(　)
关键能力·情境探究达成
干簧管结构：玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。将干簧管接入下图电路中，当磁铁靠近干簧管时：(1)会发生什么现象？(2)干簧管的作用是什么？
提示：(1)灯泡会亮。(2)开关。
考点1　对传感器的认识1．传感器的核心元件(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，如温度、位移等。(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。(3)信号调节转换电路：是将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电学量，如电压、电流等。
【典例1】　许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现人靠近它就开启；而在白天，即使有人靠近它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是(　　)①温度传感器　②人体红外线传感器　③声音传感器　④光敏传感器A．①②　　B．②③　　C．③④ 　D．②④
D　[楼道照明灯天黑时，出现人靠近它就开启；而在白天，即使有人靠近它也没有反应。说明可能接入的传感器是人体红外线传感器与光敏传感器，故D正确，A、B、C错误。故选D。]
规律方法　传感器问题的分析思路不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。
[跟进训练]1．伴随着国民物质文化生活的日益丰富，大众的健康意识不断增强，对膝盖损耗较小的骑行运动越来越受欢迎。如图1中的气嘴灯是下端安装在自行车的气嘴上的饰物，骑行时会自动发光，炫酷异常。一种气嘴灯的感应装置结构如图2所示，一重物套在光滑杆上，并与上端固定在A点的弹簧连接，弹簧处于拉伸状态，触点M与触点N未接触。当车轮转动，弹簧再次拉伸，当重物上的触点M与触点N接触，电路连通，LED灯就会发光。下列关于此灯的说法正确的是(　　)A．停车时也会发光，只是灯光较暗B．骑行达到一定速度值时灯才会亮C．无论车轮转多快，气嘴灯都无法在圆周运动的顶端发亮D．此感应装置的发光利用重物的向心运动实现
B　[停车时，车轮未转动，重物不能做离心运动，则M点很难与N点接触，不能发光，故A错误；当车速从零缓慢增加到某一数值时，根据竖直方向圆周运动的特点，由离心运动原理可知，重物所需向心力足够大时，M点更容易与N点接触，可以发光，故B正确；转速较大时，所需向心力较大，在圆周运动的顶端时向心力向下，则弹力增大，重物离心运动，从而使M点更容易与N点接触，可以发光，故C错误；离心现象是指做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，感应装置的原理正是利用离心现象使两触点接触，从而点亮LED灯，故D错误。故选B。]
考点2　对敏感元件的认识1．光敏电阻的导电特性光敏电阻一般由半导体材料做成，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．(1)实验器材：热敏电阻、多用电表、烧杯(备用冷、热水)、温度计、铁架台。
(2)实验步骤①如图所示，将一热敏电阻连入电路中，用多用电表欧姆挡测其电阻，记录温度、电阻值。②将热敏电阻放入装有少量冷水并插有温度计的烧杯中，记录温度、电阻值。③再分几次向烧杯中倒入热水观察不同温度下热敏电阻的阻值。
把测量到的温度、电阻值填入表中。
④在图中，粗略描绘出热敏电阻的阻值R随t变化的R-t图线。
3．热敏电阻和金属热电阻的特点(1)热敏电阻：用半导体材料制成、电阻值随温度变化发生明显变化的电阻。如曲线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线。(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如曲线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器。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。
特别提醒　按热敏电阻随温度变化的规律，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。
【典例2】　如图所示是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)。则下列说法正确的是(　　)A．温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮B．温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭C．温度高于警戒温度时，电铃报警、指示灯亮D．温度低于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮
D　[温度高于警戒温度时，控制电路的电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过常闭触点与工作电路接通，电铃报警，此时通路状态指示灯的电路中没有电流，灯不亮，故A、C错误；温度低于警戒温度时，控制电路处于开路状态，电磁铁中没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，通路状态指示灯亮，电铃不报警，故B错误，D正确。故选D。]
[跟进训练]2．商店里使用的电子计价秤可将货物的质量、单价和金额清楚地显示在面板上，既方便了工作人员，又方便了顾客。电子计价秤使用的传感器是(　　)A．红外线传感器　　B．压力传感器C．超声波传感器 　D．温度传感器
B　[传感器能将温度、力、光、声音等非电学量转换为电学量，此处电子计价秤使用的传感器是压力传感器，将力学量转换成电学量，故B正确，A、C、D错误。]
学习效果·随堂评估自测
1．下列说法正确的是(　　)A．传感器将感受到的非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断B．传感器将感受到的电学量转换为非电学量C．传感器只能将感受到的非电学量转换为电路的通断D．以上说法都不对
A　[传感器作为一种其他形式的信号与电信号之间的转换装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量或者是电路的通断，故选项A正确，B、C、D错误。故选A。]
2．下图中关于传感器的应用，说法正确的是(　　)A．干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的B．机器人“眼睛”利用了光传感器C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度D．火灾报警器是通过感知温度触发报警的
B　[干簧管利用磁场控制电路的通断，不是利用电磁感应原理工作的，故A错误；机器人遇到障碍物会绕开，说明机器人“眼睛”“看”到了障碍物，故利用了光传感器，故B正确；红外测温枪是利用人体发射的红外线来测量人体温度的，故C错误；火灾报警器是利用光传感器即烟雾传感器报警的，故D错误。故选B。]
3．如图甲所示，在光敏电阻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(　　)
A　　　B　　　C　　　D
B　[光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知，R2两端的电压随之同频率先减小后增大，但不会是零，所以选B。]
回归本节知识，自我完成以下问题：(1)传感器由哪几部分组成？
提示：敏感元件、转换元件、转换电路。
(2)常见物理传感器有哪些？
提示：力传感器、磁传感器、声传感器等。
(3)光敏电阻把什么量转化为电阻？热敏电阻把什么量转化为电阻？力传感器把什么量转化为电阻？
提示：光照强度；温度；形变量。
机器人传感器1920年，捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小说中构思了一个机器人，名字叫Rbt。它可以不吃饭，却能不知疲倦地工作，展现了人类持续多年的一种愿望。
阅读材料·拓宽物理视野
　机器人在下水道　 　服务型　 　我国自主研发的探索　里探测水下管网　 　机器人　 　号自治式水下机器人
传感器在机器人身上应用很多。根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。内部传感器：用来检测机器人本身状态(如手臂间角度)的传感器，多为检测位置和角度的传感器。外部传感器：用来检测机器人所处环境(如是什么物体，离物体的距离有多远等)及状况(如抓取的物体是否滑落)的传感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近传感器、距离传感器、力觉传感器、听觉传感器等。
为了检测作业对象及环境或机器人与它们的关系，在机器人上安装了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近传感器、超声波传感器和听觉传感器等，大大改善了机器人的工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。由于外部传感器为集多种学科于一身的产品，有些方面还在探索之中，随着外部传感器的进一步完善，机器人的功能越来越强大，将在许多领域为人类做出更大贡献。
随着机器人技术的发展与进步，机器人变得越来越“聪明”，它们是否有一天会完全取代人类的工作？人类的前途是否堪忧？实际上，科技本身并没有好坏之分，是人类决定了如何去使用它。面对科技进步，人类应该衡量和思考，该如何运用这些技术才会对社会更有益，使世界变得更加美好。
问题　要让机器人判断出是否有光，亮度多少，需要什么传感器？
提示：光敏管、光电断续器。
课时分层作业(十五)　认识传感器　常见传感器的工作原理
题组一　传感器的认识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→转换元件→转换电路→电学量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→转换电路→电学量→转换元件D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
A　[传感器一定是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量。所以A正确，B、C、D错误。故选A。]
2．许多饮水机可以保证出水温度恒定，采取的方法是(　　)A．水温低于设定温度时加热，达到设定温度时停止加热B．设定程序，固定各次加温时间及加热时间间隔C．人工控制加温按钮D．持续加温
A　[饮水机可以保证出水温度恒定，主要是内部应用了温度传感器，当水温低于设定温度时加热，达到设定温度时停止加热。故选A。]
3．智慧物流配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是利用了(　　)A．力传感器　 　B．光传感器C．温度传感器　 　D．声传感器
C　[人体是有温度的，机器人主动礼让行人就是利用了温度传感器的原理，故C正确，A、B、D错误。]
4．关于传感器，下列说法正确的是(　　)A．金属材料不可以制成传感器B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号C．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的D．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，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，故A错误；话筒使用了声音传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错误；传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，所以D错误。]
5．(多选)卡拉OK用的话筒，内有将声音信号转换为电信号的传感器。其中有一种是动圈式的，如图所示。在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中。声波使膜片振动时，就会将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是(　　)A．该传感器是根据电磁感应原理工作的B．该传感器是根据电流的磁效应工作的C．膜片振动时线圈中产生感应电动势D．膜片静止不动时线圈中产生感应电动势
AC　[声波使膜片振动时，弹性膜片带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中产生感应电流，声音信号转变为电信号，该传感器是根据电磁感应原理工作的，故A项符合题意，B项不符合题意；膜片振动时，弹性膜片带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中产生感应电动势，故C项符合题意；膜片静止不动时，线圈中磁通量不变，线圈中不产生感应电动势，故D项不符合题意。故选AC。]
题组二　对敏感元件的认识6．楼道灯的声控开关，主要原理是将声音信号转换为电信号，下列常见的数码产品中应用了这种传感器技术的是(　　)A．收音机 　B．话筒C．扬声器 　D．耳机
B　[收音机是将电信号转化为声音，故A错误；话筒将声信号转化为电信号，故B正确；扬声器将电信号转化为声音，故C错误；耳机将电信号转化为声音，故D错误。]
7．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是(　　)A．电吉他是光电传感器B．电吉他是温度传感器C．电吉他是声音传感器D．弦改用尼龙材料，原理不变
C　[由电吉他的发声原理可知电吉他是将声音变化转变为电流的变化，选项C正确，A、B、D错误。]
8．下列器件是应用力传感器的是(　　)A．鼠标器 　B．火灾报警器C．测温仪 　D．电子秤
D　[鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中的传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确。]
9．用遥控器调换电视机频道的过程实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程，下列属于这类传感器的是(　　)A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
A　[红外报警器是当有人或物通过时，将红外线遮住，从而使得光信号被遮住，光电效应装置无电流通过，红外报警器则通过另外的装置联系一定的动作，是将光信号转换为电信号的过程，则A选项正确；而B选项是将声音信号转换为电信号的过程；C选项是利用压力来传递信息的过程；D选项则通过温度来控制过程。]
10．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比。现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图所示。压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压。若发现电压表示数增大，下列说法正确的是(　　)
A．电梯一定加速上升B．电梯一定减速下降C．电梯加速度一定向上D．电梯加速度一定向下
C　[电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知，地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速。]
11．(多选)小明制作了一个远距离光传音装置，结构如图所示，用互感器以及激光头组成的电路对音乐信号进行调制，使得激光亮度随音乐发生变化，在远处的接收电路中，被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，从而使得定值电阻R0两端电压发生相应的变化，再用扩音器把电信号转化成音乐，下列相关说法正确的是(　　)A．敏感元件可以是光敏电阻B．激光频率会随音乐的变化而变化C．流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化D．传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点
ACD　[因被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，则敏感元件可以是光敏电阻，故A正确；激光亮度随音乐发生变化，但是激光频率不随音乐的变化而变化，故B错误；随音乐的变化，互感器上的电流发生变化，则流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化，故C正确；传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点，故D正确。故选ACD。]
12．(多选)利用光敏电阻制作的光传感器记录了传送带上工件的输送情况。如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光。每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是(　　)
A．传送带运动的速度是0.1 m/sB．传送带运动的速度是0.2 m/sC．该传送带每小时输送3 600个工件D．该传送带每小时输送7 200个工件
13．如图所示，甲图是录音机的录音电路原理图，乙图是研究自感现象的实验电路图，丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁图是电容式话筒的电路原理图，下列说法错误的是(　　)
A．甲图中录音机录音时，由于话筒的声电转换，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花C．丙图电路中，当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化D．丁图电路中，当声波使膜片振动时，电容发生变化，会在电路中产生变化的电流
B　[磁带录音机的录音原理是：录音时，将电信号转换为磁信号，故A正确；题图乙电路中，开关断开瞬间，灯泡立即熄灭，故B错误；光电三极管也是一种晶体管，它有三个电极，当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化，故C正确；电容式话筒利用振膜接受空气振动信号 ，振膜与固定的平面电极之间形成一个电容器，两者之间的距离变化会导致其电容的变化，在电容器两端施加固定频率及大小的电压，通过电容器的电流就会变化，故D正确。本题选错误的，故选B。]
14．如图所示的装置可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度。当系统绕轴OO′转动时，元件A在光滑竿上发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、航天器等的制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，自由长度为l，电源的电动势为E、内阻不计，滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀。系统静止时，滑片P在B点，当系统以角速度ω转动时，试写出输出电压U与ω的函数关系式。