高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器1 认识传感器教案配套ppt课件

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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。
体验1：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。(　　)
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。
3．力传感器(1)装置作用：把力学量转换为电学量。(2)敏感元件：______。(3)信号输出：______。
体验2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)随着光照的增强，光敏电阻的电阻值逐渐增大。(　　)(2)热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏。(　　)(3)电子秤是应用了力传感器。(　　)
关键能力·情境探究达成
考点1　对传感器的认识
考点2　对敏感元件的认识
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，会发生什么现象，为什么？干簧管的作用是什么？提示：灯泡会亮　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】　全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量等)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制了一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的________两点之间(其中R′≫R)，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)。
[解析]　由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化，且当R′≫R时，UR＝IR可视为UR与R成正比，所以电压表应接在b、c两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。
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．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的过程中，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D　[在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B错误；在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错误，D正确。]
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。
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】　许多牛奶制品被检测出含有化学原料三聚氰胺。在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”，这种检测方法使用的传感器应为传感器中的哪一类(　　)A．物理传感器　B．化学传感器C．生物传感器　D．温度传感器C　[检测三聚氰胺的方法为酶标法，所以其原理应该是利用了生物酶，故应为生物传感器。选项C正确。]
[跟进训练]2．如图所示，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．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为改变了(　　)A．湿度B．温度C．磁场D．电容
D　[根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器。手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作，它就成了室内烘干机。]
3．下列情况中，应用了温度传感器的是(　　)A．商场里的自动玻璃门B．夜间自动打开的路灯C．夜间有声音时就亮的楼梯灯D．自动恒温冰箱D　[商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器，A错误；夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器，C错误；自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确。]
4．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。
阅读材料·拓展物理视野
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。
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、接近觉传感器、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、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等，大大改善了机器人工作状况，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。