高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用公开课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用公开课ppt课件，共24页。PPT课件主要包含了学习目标，光敏电阻，本课小结，光学传感器，温度传感器，力传感器，电容感器，当堂检测等内容，欢迎下载使用。

1.认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。2.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。3.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。
问题：我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为常见的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？
硫化镉的电阻率与所受光照的强度有关。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梳状电极。硫化镉表面受到的光照强度不同时两个电极间的电阻不一样。
实验：观察光敏电阻的特性
1．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。2．实验器材光敏电阻、多用电表、导线、电源。
3．实验步骤（1)将光敏电阻、多用电表、按图甲的方式连接好，其中多用电表置于“×100”挡；（2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；（3)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。（4）用强光照射（如太阳光直接照射或拿亮度较大的手电筒、小灯泡等）观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。
4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性。5．实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的变化阻值不断减小，强光照射下电阻值很小；(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。
产品在流水线上，常需要对产品计数。如图所示，是利用光敏电阻自动计数的示意图。其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。
二、金属热电阻和热敏电阻
金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。
热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。
说明：与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
方案1：（简易实验）将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），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。
实验、观察热敏电阻特性
实验结果：随着温度的变化，热敏电阻的阻值在减小。
方案21．实验原理 热敏电阻的电阻率会随着温度的升高而变化，2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水。
3．实验步骤(1)按实验原理图甲连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；当烧杯中水温发生变化时，热敏电阻的阻值将发生相应变化。(2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数；
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。4．数据处理在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
5．实验结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。6．注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。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（图甲）。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（图乙）。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。
例.图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　）
A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的B．触发器可以由铜制成C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电流的磁效应工作的
电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏元件，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。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。
三、电阻应变片—力传感器
电阻应变片的功能：能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
力传感器的应用及工作原理
弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片。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。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。
电容式传感器定义及特点
1、定义：电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容器是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时,电极上就会存储电荷,所以电容器是储能元件。2.特点 ：结构简单;动作时需要能量低,由于带电极板间静电吸引力很小因此电容传感器特别适宜用来解决输入能量低的测量问题。
电容式传感器的工作原理
电容器的电容 C 决定于极板的正对面积 S、极板间的距离 d 以及极板间的电介质这三个因素。如果某个物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定这个物理量的变化，由此可以制成电容式传感器。
例.图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。则电子秤（　　）
A．最大称量值为1500 NB．压力传感器的电阻最小为0C．空载时，电流表的读数为20mA D．称重为900N时，电阻R为120Ω
1. 据统计，由于用电不慎导致的火灾占火灾总量的比重很大，利用电路安装防火报警装置，及时发现“火情”，提早报警，是防止火灾发生，保证家庭成员生命安全的重要措施。图甲是一火警报警电路的示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻随温度变化的情况如图乙所示。显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器，电源的电动势E和内阻r不变，且内阻值小于R1的阻值。当传感器R3所在处出现火情时，关于流过电流表A的电流I、报警器两端的电压U、电源的输出功率P的变化情况，下列判断正确的是（　　）A.I变大，P变大B.I变小，U变大C.I变小，P变大D.I变大，U变小
解析：当传感器R3所在处出现火情时，R3的阻值变小，总电阻变小，总电流变大，路端电压变小即报警器两端的电压U变小，R1两端电压变大，所以R2和R3并联部分电压变小，所以电流表示数变小，由于内阻r小于R1的阻值即电源内阻一定小于外电路总电阻，当R3减小时，外电阻与内阻越接近，电源的输出功率越大，故C正确。
2.［多选］如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时（　　）A.灯泡L变暗B.光敏电阻R上的电压增大C.电压表V的读数减小D.电容器C所带电荷量增大
3.［多选］下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（　　）A.应变片由导体材料制成B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大，输出的电压差值也越大
【解析】A错：应变片多用半导体材料制成。B对：当应变片的表面拉伸时，其电阻变大。C错，D对：传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大。
4.［多选］如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板前后面垂直于磁场，板内通有如图所示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则（　　）A.电势φa>φbB.电势φb>φaC.电流增大时，|φa-φb|增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样