高中物理选修3-2第六章《传感器及其工作原理

1传感器及其工作原理课堂合作探究问题导学一、传感器的工作原理活动与探究11．试分析传感器在控制电路中的作用。

2．在日常生活中，哪些用具可通过手动或其他方法实现？迁移与应用1下列说法正确的是（）A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具对传感器的理解1．传感器能够感受到的外界信息分为：力、磁、温度、光、声、化学成分等非电学量。

2．认识一些制作传感器的元器件（1）光敏电阻：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。

作用：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。

（2）热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。

作用：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。

（3）霍尔元件：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

二、敏感元件的分类及异同点活动与探究21．半导体电阻与金属电阻的电阻率有何区别？热敏电阻的伏安特性曲线与金属电阻的伏安特性曲线有何区别？2．光敏电阻受到光的照射时电阻如何变化？试分析电阻变化的原因。

迁移与应用2如图为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是（）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的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高课前·预习导学【预习导引】1．（1）非电学 电学量 通断 （2）敏感元件2．软磁性材料 开关 感知磁场3．（1）越小 （2）不好 增多 变好 （3）光照强弱 电阻4．减小 增大 金属 温度 电阻预习交流：答案：利用热敏电阻的有：冰箱启动器、电饭锅等；利用光敏电阻的有：照相机、光控开关、报警器、验钞机等。

5．（2）k IB d（3）磁感应强度 电压 课堂·合作探究【问题导学】活动与探究1：1．答案：传感器的作用就是将不便于测量和控制的非电学量转化为便于测量和控制的电学量。

人教版高中物理选修3-2复习素材：第六章传感器知识点总结第六章传感器知识点6.1传感器及其工作原理一、什么是传感器1、传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。

它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

2、传感器的工作原理：非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量二、光敏电阻（光电传感器）特性：光敏电阻对光敏感。

当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。

一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。

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。

三、热敏电阻和金属热电阻（温度传感器）热敏电阻或金属热电阻：把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

电容式传感器（位移传感器）：能够把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。

四、霍尔元件（磁传感器）霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

因此，我们可以把霍尔元件放置在某一未知的磁场中，通过测定霍尔电压U 的变化得知该磁场磁感应强度的变化。

6.2传感器的应用一、传感器应用的一般模式传感器输出的电信号相当微弱，难以带动执行机构去实现控制动作，因此要把这个电信号放大。

如果要远距离传送，可能还要把它转换成其他电信号以抵御外界干抗。

二、力传感器的应用——电子秤应变片发生形变时其电阻随之发生变化，在恒定电流下，应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。

三、温度传感器的应用——电熨斗电熨斗也装有双金属片温度传感器。

这种传感器的作用是控制电路的通断。

四、温度传感器的应用——电饭锅电饭锅中也应用了温度传感器，它的特点是:常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。

这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。

五、光传感器的应用——火灾报警器利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器6.3实验：传感器的应用实验1 光控开关1、斯密特触发器：符号：特性：可以将连续变化的模拟信号转换成突变的数字信号。

1传感器及其工作原理--学生版[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是传感器，知道其将非电学量转化为电学量的意义.2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用.科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的应用.一、传感器及工作原理1.传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件.2.非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制.二、光敏电阻的特点及工作原理1.当半导体材料受到光照或者温度升高时，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，于是导电能力明显增强.2.光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的，它的特点是光照越强，电阻越小.它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量. 三、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.可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻. (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大.(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小.2.金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻. 四、霍尔元件的特点1.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.2.霍尔电压：U H ＝k IBd (d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数).其中U H 的变化与B 成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.1.判断下列说法的正误.(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.( )(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.( )(3)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.( ) (4)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出.( )2.如图1所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数____(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度____(填“变亮”或“变暗”).图1 一、传感器干簧管结构：如图甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁铁靠近干簧管时：甲乙(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？1.传感器的原理非电学量→传感器(敏感元件、转换器件、转换电路)→电学量2.在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的.例1(2018·扬州市邗江区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是()A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器二、光敏电阻及应用在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，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什么？光敏电阻是由半导体材料制成的.它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大.例2(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L 为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图2A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大三、热敏电阻和金属热电阻及应用如图所示，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R T(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R T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？1.金属热电阻：金属导体的电阻，随温度的升高而增大.2.热敏电阻(负温度系数)：用半导体材料制成，其阻值随温度升高而减小.例3(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3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()图3A.电容器C的带电荷量增大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消耗的功率增大四、霍尔元件如图所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间会出现电压，称为霍尔电压U H.(1)分析为什么会出现电压.(2)试推导U H的表达式.霍尔元件电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面.例4(2017·扬州市邗江中学高二(下)期中)霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序.如图4所示是一霍尔元件的示意图，通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B，图中a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为d(a、b间距离)，ab间将出现电压U ab，则()图4A.a、b间电压U ab仅与磁感应强度B有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则ab两端电压U ab<0C.若霍尔元件的载流子是正电荷，则ab两端电压U ab<0D.若增大霍尔元件宽度d，则ab间电压U ab一定增大1.(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移2.(光敏电阻的特性)如图5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED 间距不变，下列说法中正确的是()图5A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变3.(热敏电阻的特性)(2018·如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图6所示，R M是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15 ℃～27 ℃的环境中工作.当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法中正确的是()图6A.环境温度降低，R M的阻值减小B.环境温度升高，U ab变大C.滑片P向下移动时，U ab变大D.调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度4.(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图7所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则()图7A.电势φa＞φbB.电势φb＞φaC.仅电流增大时，|φa－φb|增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，a、b两点电势高低情况仍然一样考点一传感器的理解1.(多选)关于干簧管，下列说法正确的是()A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的2.在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是()A.光传感器B.温度传感器C.声传感器D.磁传感器3.(2017·溧水中学高二期末)街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的()A.光敏性B.压敏性C.热敏性D.三个特性同时应用.4.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极.在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()图1A.距离变化B.正对面积变化C.电介质变化D.电压变化5.(多选)电容式传感器是将非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图2A.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器只能用来测量速度考点二光敏电阻、热敏电阻的认识及应用6.如图3所示，将一光敏电阻接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，表针的偏转角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏转角为θ′，则可判断()图3A.θ′＝θB.θ′＜θC.θ′＞θD.不能确定7.(多选)如图4为电阻R随温度T变化的图线.下列说法中正确的是()图4A.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8.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图5所示装置.向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()图5A.应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B.应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡9.(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，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏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6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()图6A.当有光照射R1时，处理系统获得高电压B.当有光照射R1时，处理系统获得低电压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10.如图7所示，R3是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势.当用光照射电阻R3时，则(电源内阻不计)()图7A.a点电势高于b点电势B.a点电势低于b点电势C.a点电势等于b点电势D.a点电势和b点电势的大小无法比较11.(2017·扬州市邗江中学高二下期中)如图8所示为某传感装置内部部分电路图，R T为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表.若发现电压表示数增大，可能的原因是()图8①热敏电阻温度降低，其他条件不变②热敏电阻温度升高，其他条件不变③光照减弱，其他条件不变④光照增强，其他条件不变A.①③B.①④C.②③D.②④12.(多选)(2018·湖北省重点高中联考协作体期中)如图9所示，理想变压器的原线圈与定值电阻r串联，副线圈接热敏电阻R T(温度升高，阻值减小)，在正弦交流电源的电压U0不变的情况下，下列说法正确的是()图9A.当R T的温度升高时，原线圈两端的电压一定减小B.当R T的温度升高时，原线圈中的电流一定减小C.当R T的温度降低时，r消耗的功率一定减小D.当R T的温度降低时，r消耗的功率一定增大考点三霍尔元件的认识及应用13.霍尔元件能()A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C.把力这个力学量转换成电压这个电学量D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量14.如图10所示，横截面为矩形的金属导体放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系(上板为M，下板为N)是()图10 A.φM>φN B.φM＝φN C.φM<φN D.无法判断。

传感器及其工作原理知识元常见传感器的工作原理知识讲解传感器的工作原理1．概念：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

2．组成：一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。

敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。

转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。

转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。

3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。

例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号。

4．工作流程：5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换器)组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换。

6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器。

（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。

7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。

例题精讲常见传感器的工作原理例1.传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件。

如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是（）A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向左偏转C．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变大，则电流表指针向左偏D．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变小，则电流表指针向左偏例2.关于传感器，下列说法正确的是（）A．霍尔元件能把光学量转化为电学量B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件例3.利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况。