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背景图课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用背景图课件ppt，共25页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，硫化镉，光照强弱，热电阻，ABD，机械形变，物体形变，电子秤，课内互动探究等内容，欢迎下载使用。

2．常见传感器的工作原理及应用
1．通过实验观察光敏电阻特性，观察热敏电阻特性。知道电阻应变片，了解它们的工作原理及应用。2．了解霍尔元件及其工作原理，了解霍尔元件在实际中的应用。3．能够根据传感器的工作原理简单分析传感器的应用。
1．物理观念：掌握制作传感器常用的元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、电阻应变片的基本特性及工作原理。2．科学思维：掌握在实际应用中分析传感器的原理和作用的方法。3．科学探究：探究传感器的工作原理及传感器在应用中的一般模式。4．科学态度与责任：体会传感器在实际应用中的价值。
1．组成：把_________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，这样就制成了一个光敏电阻。2．特点电阻值随光照增强而_______。3．原理硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能_____；随着光照的增强，载流子_______，导电性_______。4．作用光敏电阻能够把___________这个光学量转换为_______这个电学量。
『判一判』(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越大。( )
1．常见的感知温度的敏感元件(1)金属的电阻率随温度的_______而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为_________。(2)有些半导体在温度升高时，电阻_______，用半导体材料制作_______电阻。2．热敏电阻和金属热电阻的比较(1)金属热电阻和热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为_______这个电学量。(2)金属热电阻化学稳定性好，测温范围_____，但灵敏度较_____；热敏电阻灵敏度较_____。
『判一判』(2)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低。( )(3)金属热电阻随温度的升高导电能力增强，它的化学稳定性好，测量范围大。( )(4)热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。( )
『选一选』(多选)(2023·河北迁西县高二期中)如图所示，R1为定值电阻，R2是正温度系数的热敏电阻(即温度越高，电阻值越大)，L为小灯泡，当温度下降时( )A．理想电流表的示数增大B．R1两端的电压增大C．小灯泡变亮D．小灯泡变暗
解析：当温度下降时，R2减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，电流表测量总电流，则知其示数增大，选项A正确；总电流增大，则R1两端的电压增大，而路端电压减小，所以灯泡两端的电压减小，灯泡变暗，选项B、D正确，C错误。
1．电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生___________(伸长或缩短)时，其_______随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象。电阻应变片是一种_______元件。2．电阻应变片的原理：当金属丝受到拉力时，长度变_____、横截面积变_____，导致电阻变_____；当金属丝受到压力时，长度变_____、横截面积变_____，导致电阻变_____。3．电阻应变片的作用：电阻应变片能够把___________这个力学量转换为_______这个电学量。应用有_________等。
『判一判』(5)半导体电阻应变片工作原理是基于半导体材料的压阻效应。( )(6)当电子秤中的应变片的上表面拉伸时，其电阻变大。( )
『想一想』电子警察(又称电子眼)利用自动化检测与测量技术捕获交通违法或交通事故，利用网络将采集的信息传回相关部门进行分析处理，并以此为证据对肇事者进行处罚，以减少事故发生。与交警监管相比，电子警察对事故的判断更准确，捕捉更迅速。请思考：电子眼最基本的工作原理是什么呢？
解析：电子眼采用感应线圈来感应路面上的汽车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器，送寄存器暂存(该数据在一个红灯周期内有效)。在同一个时间间隔内(红灯周期内)，如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，也就是汽车闯红灯被“电子警察”抓到了，只得接受处罚。
如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，请确定θ和θ′的大小关系。提示：θ>θ′
1．光敏电阻的作用光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。2．光敏电阻的阻值随光照的增强而减小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。
如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，下列说法正确的是( )A．电压表的示数减小B．小灯泡L变暗C．R1电流变化量比R3电流变化量小D．R1电压变化量比R2电压变化量大
(2023·广西昭平高二期中)图示是利用LDR(光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小)传感器和灯泡(始终正常发光)制成的一种简易水污染指示器(未将闭合电路全部画出)，把手上的显示器显示的数据大表示流过LDR的电流较小，可以用来监测河水的污染情况，下列说法中正确的是( )A．河水严重污染时，显示器数据大B．河水严重污染时，显示器数据小C．无论污染程度如何，光敏电阻的阻值都恒定D．该仪器不会受到白天光照的影响
解析：河水严重污染时，透过污水照到LDR的光线较少，则LDR的电阻较大，电流较小，则显示器数据较大，故A正确，B、C错误；因为显示器的示数与光照有关，所以会受到白天光照的影响，故D错误。
如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，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，指针将向左偏；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，指针将向右偏。
热敏电阻和金属热电阻的比较
(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
思路引导：(1)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。(2)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。
含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强弱)是增大还是减小。(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减。(3)分析部分电路的电压、电流如何变化。
如图是观察电阻值随温度变化情况的示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显D．如果R为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
解析：如果R为金属热电阻，水的温度升高，电阻的阻值变大，但阻值变化不明显，故欧姆表读数变大，但变化不明显。A、B错误。如果R为负温度系数热敏电阻，其阻值随着温度的升高会迅速减小，故欧姆表读数变小，而且变化非常明显，C正确，D错误。
如图所示，这是常用的一种力传感器，它是由金属梁和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成。结合力传感器的特点，叙述它的工作原理。
提示：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，下表面的电阻变小。F越大，弯曲形变越大，应变片的阻值变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下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。外力越大，输出的电压差值也就越大。应变片能把物体形变这个力学量，转换为电压这个电学量。
1．电阻应变片(1)类型常用的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片是利用金属的电阻应变效应制成的。半导体电阻应变片是基于半导体材料的压阻效应制成的。(2)作用电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
2．力传感器的应用——电子秤(1)电子秤的组成电子秤所使用的测力器件是力传感器，常用的力传感器是由金属梁和电阻应变片组成的，称为应变式力传感器。(2)电子秤工作原理：
(2023·山东聊城高二期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动解析：在0～t1内，I恒定，压敏电阻的阻值不变，压敏电阻受力不变，小车可能做匀速直线运动或匀变速直线运动；在t1～t2内，I变大，阻值变小，压敏电阻所受的压力不断变大，小车做变加速直线运动，A、B错误；在t2～t3内，I达到最大值且不变，即压力达到最大值且不变，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。
(2022·江苏省高邮市高二期中)测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它的主要部件压力传感器是一个阻值随压力增大而减小的电阻器，下列说法正确的是( )A．称重计在电路中相当于一个电压表B．电路中的R′没有作用C．人体越重，流过称重计的电流越大D．人体越重，流过称重计的电流越小
解析：称重计串联在电路中，相当于电流表，A错误；当人体很重，压力传感器阻值很小，如果没有R′，电路中电流过大，会损坏电表，所以电路中的R′是起保护电路作用，B错误；当人体越重时，压力传感器阻值越小，电路中电阻越小，电流越大，C正确，D错误。
霍尔元件1．霍尔元件的工作原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)。2．受力特点：霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡。
(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I时，C、D两侧面会形成一定的电势差U。下列说法中正确的是( )A．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带正电C．在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U最大D．在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置，且与地球经线垂直时U最大
解析：若元件的载流子带负电，由左手定则可知，带负电的载流子受到洛伦兹力向D侧面偏，则C侧面的电势高于D侧面的电势，A正确；若元件的载流子带正电，由左手定则可知，带正电的载流子受到洛伦兹力向D侧面偏，则D侧面的电势高于C侧面的电势，B错误；在测地球南、北极上方的地磁场强弱时，因磁场沿竖直方向，则元件的工作面保持水平时U最大，C错误；地球赤道上方的地磁场方向水平，在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，当与地球经线垂直时U最大，D正确。
一、光敏电阻1．(多选)(2023·河北衡水市冀州区高二期末)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列说法正确的是( )A．仅光照变强，小灯泡变暗B．仅光照变弱，小灯泡变暗C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
解析：仅光照变强，可知光敏电阻的阻值变小，则总电阻变小，由闭合电路的欧姆定律可知总电流增大，则灯泡的功率变大，灯泡变亮，故A错误；仅光照变弱，可知光敏电阻的阻值变大，则总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知总电流减小，则灯泡的功率变小，灯泡变暗，故B正确；仅将滑片向a端滑动，接入电路的有效阻值变小，则总电阻变小，干路电流增大，灯泡的功率变大，灯泡要变亮，故C正确；仅将滑片向b端滑动，接入电路的有效阻值变大，则总电阻变大，干路电流减小，灯泡的功率变小，灯泡要变暗，故D错误。
2．(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，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( )A．当有光照射R1时，处理系统获得低电压B．当有光照射R1时，处理系统获得高电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
解析：R1、R2和电源组成一个闭合电路，当激光照到光敏电阻时，R1的阻值变小，总电流变大，则R2两端获得高电压，只有R2两端获得高电压时，处理系统才能进行信号处理。
二、热敏电阻和金属热电阻3．(2023·山东烟台高二期末)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是( )A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
解析：定值电阻阻值不随温度以及光照强度的变化而变化；热敏电阻阻值随温度的变化而变化；光敏电阻阻值随光照强度的变化而变化；置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻，A错误；置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件可能是定值电阻，也可能是光敏电阻，B错误；用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻，C正确；用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件可能是定值电阻，也可能是热敏电阻，D错误。
4．(多选)如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是( )A．该传感器利用了钨丝的物理性质B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
解析：由题目中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用了钨丝的物理性质；从而可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故A、B、C正确，D错误，故选ABC。
三、电阻应变片5．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是( )