人教版 (2019)选择性必修 第二册常见传感器的工作原理及应用教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册常见传感器的工作原理及应用教学ppt课件，共38页。PPT课件主要包含了知识回顾，学习目标，教学难点，教学重点，重点难点，课堂导入问题导入，光强电阻率小，光弱电阻率大，光敏电阻工作原理，探究新知金属热电阻等内容，欢迎下载使用。
传感器的核心功能是将非电学量转换为电学量或电路通断。
二、电阻的大小与电容的影响因素
电阻的大小与导体的长度、横截面积及材料、温度有关。电容器的电容与极板正对面积、极板间距、电介质有关
物理观念掌握光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻、电阻应变片的核心特性及转换规律，理解电容式传感器、霍尔传感器的工作机制，建立“特性原理应用”的认知关联。
科学思维通过分析实验数据归纳传感器特性规律，拆解复杂应用的转换链条，对比不同传感器的优缺点，提升数据处理、逻辑分析与模型建构能力。
科学态度与责任认识传感器在生活、生产中的广泛应用，体会物理知识与技术的紧密联系，树立正确的科技应用观和社会责任意识。
科学探究参与传感器特性探究实验，规范操作并记录数据，设计简易传感器应用方案，培养实验操作、质疑与创新能力。
光敏电阻光敏电阻工作原理及核心特性。温度传感器温度传感器工作原理及核心特性。电阻应变片电阻应变片工作原理及核心特性。
材料特性光敏电阻、热敏电阻特性。霍尔效应应变效应、霍尔效应的微观机制理解。工作流程传感器工作流程的拆解与分析
自动感应水龙头出水、电子秤称重、电动车转把调速
自动感应水龙头如何感知手的靠近？电子秤怎样将重量转换为数字？电动车转把的调速原理是什么？
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栅状电极。
探究新知:光敏电阻结构与实物
实验探究：将光敏电阻与多用电表（欧姆挡）连接，分别在暗环境、弱光、强光下测量电阻，记录数据。
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。
现象：光照越强，电阻越小。
探究新知:光敏电阻实验探究
作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
探究新知:光敏电阻原理分析
计数器、自动感应水龙头、路灯自动控制、相机曝光调节
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。
当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；
探究新知:光敏电阻应用实例
规 律：电阻随温度的升高而增大。
优缺点：热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度较差。
探究新知:温度传感器的原理与特性
实验演示：观察电阻测温视频。或将铂电阻与多用电表连接，用酒精灯加热，观察电阻变化。
特性总结：化学稳定性好、测温范围广，但灵敏度较低，适用于精密测温（如电阻温度计）
现象：温度升高，电阻增大。
实验演示：分别在冷水、温水、热水中测量热敏电阻的电阻值，对比金属热电阻。
特性总结：灵敏度高，但化学稳定性差、测温范围窄，适用于快速温控、液位报警等场景
现象：温度升高，电阻显著减小。
探究新知:NTC型热敏电阻
探究新知:热电阻总结比较
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。
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。
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。
油位高→电阻大→灯不亮
探究新知:热敏电阻的应用
我们知道，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。
我们怎么根据这个原理制造传感器？
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
探究新知:电阻应变片的原理与特性
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
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。
应用——电子秤（力传感器）
物体称重→金属梁弯曲→上表面应变片拉伸（电阻变大）、下表面压缩（电阻变小）→电阻变化转化为电信号→处理器处理后显示重量
探究新知:电阻应变片的应用
如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？
电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
探究新知:电容式位移传感器
（1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等
（2）改变d：测量压力F
（3）改变ε：测量位移x
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体中能够自由移动的带电粒子在洛伦兹力的作用下，会发生什么现象？
探究新知:霍尔传感器原理
①电动车加速器位置→磁场→电压→控制器控制车速
②霍尔无刷电动机(直流电源)位置→ → →
控制器控制三个线圈中的电流
探究新知:霍尔传感器应用
1. 下列关于光敏电阻的说法正确的是（ ）A. 光照越强，电阻越大 B. 其特性由半导体载流子变化决定C. 适用于高温精密测温 D. 属于力学量传感器
答案：B。解析：光敏电阻光照越强电阻越小，A错误；特性由半导体载流子变化决定，B正确；不适用于高温测温，C错误；属于光学量传感器，D错误。
2. 金属热电阻与NTC型热敏电阻的共同特性是（ ）A. 温度升高，电阻增大 B. 适用于宽范围测温C. 实现“温度→电阻”的转换 D. 灵敏度极高
答案：C。解析：NTC型热敏电阻温度升高电阻减小，A错误；热敏电阻测温范围窄，B错误；二者均实现“温度→电阻”转换，C正确；金属热电阻灵敏度低，D错误。
3.(多选)电阻R 随温度T变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
答案　BD解析　金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好，但灵敏度差，图线2对应的材料化学稳定性差，但灵敏度高，所以C错误，D正确。
4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是(　　)
A．0到t1时间内，升降机一定静止B．t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动C．t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化D．t2到t3时间内，升降机可能向下匀速运动
答案　C解析　从0～t1时间内，电流不变，根据闭合电路的欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；t1～t2时间内，电流增大，则电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，由牛顿第三定律得物块受到的支持力逐渐增大，根据牛顿第二定律有FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上且逐渐增大，故B错误，C正确；t2～t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，物块受重力和支持力，根据牛顿第二定律有FN′－mg＝ma′，合力向上，加速度向上且大小不变，所以t2～t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。
常见传感器的工作原理及应用
1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”；
3.互动小游戏：传感器侦探社。