人教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第五章《传感器》单元知识清单（原卷+解析卷）

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第五章 传感器知识梳理认识传感器1．神奇的传感器(1)干簧管是一种能够感知磁场的传感器。(2)楼道灯白天不亮，晚上有声音时亮，是因为楼道的灯安装了“声控—光探”开关。(3)一些宾馆安装了自动门，当有人走近时，门会自动打开，是因为自动门安装了红外线传感器。(4)交通警察在检查司机是否酒后开车时，用的是“便携式酒精检测仪”，上面安装了乙醇传感器。(5)传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能够把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的如电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的装置。(6)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。2．传感器的种类(1)物理传感器：利用物质的物理特性或物理效应制作而成的传感器，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的传感器，如离子传感器、气体传感器等。(3)生物传感器：利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。如酶传感器、微生物传感器、细胞传感器等。3．传感器的组成与应用模式(1)传感器的基本组成部分①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。②转换元件：能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。(2)传感器应用的一般模式第2节 常见的传感器的工作原理及应用1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻越小。(2)原因：光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。2．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，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。3．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。4．电阻应变片(1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。(2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。(3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。(4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某个物理量变化的传感器。第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置实验一　门窗防盗报警装置一、实验目的1．了解门窗防盗报警装置的工作原理。2．了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。二、实验原理1．干簧管(1)特点：感知磁场是否存在的传感器。(2)作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。2．继电器(1)特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通，无电流时，开关与触点b接通。(2)作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相当于一个自动的双向开关。3．实验电路4．工作原理闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通状态，继电器使开关c与触点a接通，二极管LED发光。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，使开关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。三、实验器材干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330 Ω)、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。四、实验步骤1．连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。2．确定各元件可以正常工作后，按照实验电路图连接电路。3．接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。实验二　光控开关一、实验目的1．了解光控开关的工作原理。2．练习利用光控开关制作自动控制设备。二、实验原理1．晶体三极管(1)两种类型(2)三个电极①发射极e，②基极b，③集电极c。(3)重要特性①从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流，这就是三极管的电流放大作用。②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。2．光控开关(1)电路图(2)工作原理当光照较强时，RG较小，加在基极上电压较小，三极管不导通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上电压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。3．光控开关控制电路(1)电路图(2)工作原理当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，继电器所在的回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。(注：与继电器并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏。)三、实验器材可调电阻R1(最大电阻为51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L(6 V、0.3 A)、二极管D、电源等。四、实验步骤1．按照实验电路图连接电路，检查无误后，接通电源。2．让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。3．遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。4．让光照加强，当光照增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。五、注意事项1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则将烧坏门电路集成块。3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些。