高中物理课件 实验十一传感器的简单使用

第十章 交变电流 传感器
实验十一 传感器的简单使用
基础知识梳理整合
一、传感器 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，并能将它们按照一定的规律转换为 电压、电流 等， 或转换为电路的 通断 . 二、制作传感器需要的元件 1.光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强 电阻 减小 ，光照减弱电阻 增大 .
感器等
传感器以被测物理 量命名
按工作原 理分类
应变式、电容 式、电感式、热 电式、电压式
传感器以工作原理 命名
按输出信 模拟式传感器 输出分别为模
3
号分类 数字式传感器 拟信号、数字信号
四、传感器应用的一般模 例1如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB 为一均匀的滑 线电阻，阻值为 R，长度为 L，两边分别有 P1、P2 两个滑动头， P1 可在竖直绝缘光滑的固定杆 MN 上保持水平状态而上下自由滑 动，弹簧处于原长时，P1 刚好指着 A 端，P1 与托盘固定相连，若 P1、P2 间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示 屏上将显示物体重力的大小.已知弹簧的劲度系数为 k，托盘自身 质量为 m0，电源电动势为 E，内阻不计，当地的重力加速度为 g. 求：
由部分电路欧姆定律可得：U＝IR 串. 由于RR串＝Lx，其中 x 为 P1、P2 间的距离，则 x＝x2－x1＝mkg.联立解得：m＝gkELU.
【方法与知识感悟】力电传感器电路中的关键元件是滑
动变阻器、电容器、弹簧等，解答这类问题的关键是：滑片移 动的距离、电容器的板间距离与力学物理量的联系.
随堂检测
一、选择题：1、2 题为单选，3 题为多选. 1.如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的
传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化， 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可能 是电容器两板间的( A )

极板间的电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移
s 、深度 h 等 ) 的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电 容的变化．那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理 量的变化．做这种用途的电容器称为电容式传感器．
第十章 交变电流 传感器
知识整合基础
热点考向剖析
考情随堂体验
如图甲所示是用来测定角度 θ的电容式传感器．当动片与
第十章 交变电流 传感器
知识整合基础
热点考向剖析
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3．传感器的应用
(1)洗衣机水位控制装置中使用的压力传感器．
(2)自动门的开关控制装置中使用的红外线传感器． (3)指纹识别器是通过电容传感器识别指纹的．
(4) 机器人的传感系统 ，可分为外部传感器和内部传感
器． ①外部传感器有：视觉传感器是“眼睛”，超声波传感 器、语音识别装置是“耳朵”，温度传感器是“皮肤”，压力 传感器、温度传感器、位移传感器相当于“手”．还包括嗅 觉、味觉传感器等． ②内部传感器有：角度传感器、关节传感器等．
量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信
号．例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信 号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换 成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到自动 控制、遥控等各种目的．
第十章 交变电流 传感器
知识整合基础
热点考向剖析
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1．分类：(按工作原理分)
(1) 物理传感器：利用物质的物理性质和物理效应，如：
电容传感器、电感传感器等． (2) 化学传感器：利用物质的化学反应 ，如：气敏传感
器、湿敏传感器．
生物传感器：利用生物化学反应，如：组织传感器、细胞 传感器．此类传感器与前两类传感器的最大区别在于传感器中 含有生命物质． (3) 构成：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路 组成，有时还需要加辅助电源，其中，敏感元件是传感器的核 心部分．

要有一个“调零”的过程。仔细审题,题目中有很多重要的暗示,挖掘这些 信息即是我们解决问题的关键。“测量时先调节输入端的电压,使转换器空
载时的输出电压为 0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量
成正比的输出电出电压 U = km g。题目要求“力电转换器的输入电压可 调,并且使电压的调节范围尽可能大”,这就暗示我们滑动变阻器必须使用
随着恒温箱内温度升高,热敏电阻 R 的阻值变小,则线圈中的电流变大, 当线圈的电流大于或等于 20 mA 时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱 加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温
度降低,热敏电阻 R 的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于 20 mA 时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就 可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持在 50 ℃,即
次数 待测量 温度/℃ 电阻/Ω
第十章
实验11:传感器的简单使用
8-8-
一二三四五
(6)在如图所示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图象。
(7)根据实验数据和 R t 图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高 而减小,随温度的降低而增大。
第十章
实验11:传感器的简单使用
9-9-
一二三四五
置,叫传感器。 2.组成 一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成。 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。
第十章
实验11:传感器的简单使用
4-4-
2.研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、欧姆表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好, 其中多用电表置于欧姆“×100”挡。

考点突破 题型透析
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实验基础 自主梳理
2．研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑 动变阻器按右图所示电路连接好，其中 多用电表置于“×100”挡； (2)先测出在室内自然光的照射下内光容敏电 阻的阻值，并记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮， 观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；
盘游戏引入几何概型。分别介绍了用计算器和计算机中的Excel软件产生（取整数值的）随机数的方法，以及利用随机模拟的方法估计随机事件的概率、估计圆周率的值、近似计算不规则图形的面积等。
实验基础 自主梳理
实验目的 1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性． 2．学会传感器的简单使用． 实验原理 1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于 测量的量(一般是电学量)． 内容 2．其工作过程如下图所示．
实验基础 自主梳理
考点突破 题型透析
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实验基础 自主梳理
实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、 小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等． 实验步骤 1．研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中内，容测量水温和热敏电阻的阻值(如 图甲所示)
实验基础 自主梳理 考点突破 题型透析 首页 上页 下页 尾页 比例，引出了随机事件出现的频数和频率的定义，并且利用计算机模拟掷硬币试验，给出试验结果的统计表和直观的折线图，使学生观察到随着试验次数的增加，随机事件发生的频率稳定在某个常数附近，从而给出概率的统计定义。概率的意义是本章的重点内容。教科书从几方面解释概率的意义，并通过掷硬币和掷骰子的试验，引入古典概型，通过转

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【典例2】 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,如 图甲所示为某工厂成品包装车间的光 传感记录器,光传感器B能接收到发光 元件A发出的光，每当工件挡住A发出 的光时,光传感器就输出一个电信号,并 在屏幕上显示出电信号与时间的关系, 如图乙所示.若传送带始终匀速运动,每 两个工件间的距离为0.2 m,则下列说法 正确的是( ). A．传送带运动的速度是0.1 m/s B．传送带运动的速度是0.2 m/s C．该传送带每小时输送3 600个工件 D．该传送带每小时输送7 200个工件
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◆ 01抓住四个要求◆
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二、研究光 敏电阻的光 敏特性
板块导航
1.抓住四个要求 2.聚焦两个热点 3.随堂基础演练
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实验十一 传感器的简单应用
【实验目的】
1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性． 2．了解传感器在技术上的简单应用．
【实验器材】
热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热 水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线 等．
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第3讲 实验十一 传感器 的简单应用
聚焦 两个 热点
1.热点一 2.热点二
热敏电阻的原理及应用 光敏电阻的原理及应用
备选视频展台
板块导航
1.抓住四个要求 2.聚焦两个热点 3.随堂基础演练

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随堂 基础演练

用于温室大棚环境监控系统， 监测室内温度变化，自动调节 通风、加热等设备，保持适宜 生长环境。
光照传感器
用于植物工厂和温室大棚补光 系统，根据室内光线强弱自动 调节灯光亮度和时间，促进植 物生长。
PH值传感器
用于水产养殖和水质监测系统 ，实时监测水体PH值变化，控
制水质平衡和饲料投放量。
07
总结回顾与拓展延伸
数据分析
1. 绘制温度随时间变化的曲线图；
2. 分析温度曲线的变化趋势和特点；
3. 结合实验目的和要求，对实验结果进行评估和讨论。
04
实验十一：简单使用压 力传感器
实验目的与要求
了解压力传感器的原 理及工作特性；
学会利用压力传感器 测量压力变化，并对 实验数据进行处理和 分析。
掌握压力传感器的使 用方法；
实验器材准备和连接方法
压力传感器一只； 数据采集器一台； 计算机一台；
实验器材准备和连接方法
01
连接导线若干。
02
连接方法
03
1. 将压力传感器通过连接导线与数据采集 器相连；
04
2. 将数据采集器与计算机连接，确保通讯 正常。
数据采集、处理及分析过程
1. 打开计算机上的数据采集软件，设置合适的 采样频率和采样时间；
1. 对处理后的数据进行统计 分析，提取有用信息。
3. 根据实验结果，得出结论 并提出改进意见或建议。
06
传感器在生活中的应用 案例
智能家居系统中应用
温度传感器
用于智能空调、智能暖 气等设备，实时监测室 内温度，并根据设定值
自动调节。
湿度传感器
用于智能加湿器、除湿 器等设备，根据室内湿 度变化自动调节，保持

高考物理总复习课件时实验传 感器的简单使用
汇报人：XX
20XX-01-25
CONTENTS
• 实验传感器概述 • 力学量传感器 • 热学量传感器 • 光学量传感器 • 电学量传感器 • 传感器实验设计与操作
01
实验传感器概述
传感器定义与分类
传感器定义
能够感受规定的被测量并按照一 定规律转换成可用输出信号的器 件或装置。
在工业生产中，温度传感器被广泛应 用于各种加热炉、热处理设备、空调 等设备的温度控制系统中。同时，在 医疗、环保等领域也有广泛应用，如 体温计、室内温度计等。
热量传感器在能源计量、热力学研究 等领域有广泛应用。例如，利用热量 传感器可以测量燃料的热值、计算热 力学效率等。
热流传感器应用举例
热流传感器在建筑节能、航空航天等 领域有广泛应用。例如，在建筑节能 中，可以利用热流传感器测量建筑物 外墙的热流密度，进而评估建筑物的 保温性能。在航空航天领域，热流传 感器可用于测量飞行器表面的热流密 度分布，为飞行器的热设计提供依据 。
利用压电加速度传感器等来测 量加速度，应用于汽车、航空
航天等领域。
06
传感器实验设计与操作
实验目的与要求
掌握传感器的基本原理和工作方 式 了解传感器在物理实验中的应用
学会使用传感器进行简单的实验 测量和数据采集
实验器材准备与检查
传感器（如光电传感器、温度传感器等）
01
02
数据采集器或计算机
实验装置和测量对象
04
光学量传感器
光学量传感器类型
01
02
03
光电传感器
利用光电效应原理，将光 信号转换为电信号进行测 量。
光纤传感器
以光纤为传输介质，通过 测量光纤中传输的光信号 变化来感知和测量各种物 理量。

【基础自测】 1.观察电阻值随温度变化情况的示意图如图 S11-2 所示.现
在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.若 R 为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B.若 R 为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C.若 R 为热敏电阻(半导体材料制成)，读
数变化非常明显 D.若 R 为热敏电阻(半导体材料制成)， 读数变化不明显 图 S11-2
电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信
号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理.(如图 S11-1 所
示)
图 S11-1 .
非电学物理量 → 敏感元件 → 转换器件 → 转换电路 → 电学量 → 输出
(3)传感器的分类：力电传感器、热电传感器、光电传感器、
③热敏电阻：利用半导体材料制成，其电阻阻值随温度的 升高而减小，能把________ 温度 这个热学量转换为________ 电阻 这个电
学量.
④金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大， 温度传感器 ，称为热电阻，能把 这样的电阻也可以制成________________ 电阻 这个电学量. 温度这个热学量转换为________
答案：(1)小
(2)右
(3)如图 D49 所示.
图 D49
3.如图 S11-4 所示，图甲为热敏电阻的 R-t 图象，图乙为用 此热敏电阻 R 和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电 器的电阻为 100 Ω.当线圈的电流大于或等于 20 mA 时，继电 器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势 E＝9.0 V， 内阻不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.
答案：C
2.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很

值，并记下温度计的示数；
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多
用电表测量的热敏电阻的阻值；
(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录．
2020年10月2日
2
基础回放 4．数据处理
在图1所示坐标系中，粗略画出热敏电
阻的阻值随温度变化的图线．
并记录．
2020年10月2日
4
基础回放 4．数据处理
根据记录数据分析光敏电阻的特性．
5．实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大,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．
6．注意事项 (1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸 盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到 实验目的． (2)欧姆表每次换挡后都要重新调零.
3．实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图所
示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据；
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，
观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，
2020年10月2日
图5
9
课堂探究
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数 k，并测出待测物体的质量 m.
测量步骤如下： ①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零； ②将质量为 m0 的砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压 U0； ③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压 U1； ④因为 U0＝km0g、U1＝kmg，所以可求 m＝mU0U0 1.

第三十四页，共45页。
4.如图所示，一热敏电阻RT放在控 温容器M内； 为毫安表，量程 6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流 电源，电动势约为3 V，内阻很小； R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω； S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为 150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω，现要求在降温过程中测量 在95 ℃～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值。 (1)在图中画出连线，完成实验(shíyàn)原理电路图。 (2)完成下列实验(shíyàn)步骤中的填空：
第八页，共45页。
二、研究光敏电阻的光敏特性 1.实验步骤 （1）将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动(huádòng)变阻器按如图所 示电路连接好，并将多用电表置于“×100”挡；
第九页，共45页。
（2）先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录 数据； （3）打开电源(diànyuán)，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮 度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录； （4）用手掌（或黑纸）遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情 况，并记录。
第三十六页，共45页。
【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因 此电阻箱应与热敏电阻串联。 (2)本实验(shíyàn)原理是当电路的电流相等时，外电路的总电阻相 等，所以95 ℃和T1时电路的总电阻相等，有150 Ω＋R0＝RT1＋ R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω。
第二十四页，共45页。
光敏电阻RP(符号
，阻值见图表)
直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中(qízhōng)
之一并在图中标出)；开关S及导线若干。
第二十五页，共45页。

•
• 变式训练1：随着人民生活水平的不断提高， 自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手 靠近自动干手机，机内的传感器便会驱动 电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿 手烘干，手靠近干手机能使传感器工作， 是因为( )
• A.改变了湿度 B.改变了温度
• C.改变了电容 D.改变了磁场
解析：这是一道联系生活实际的试题，要能把生 活实际与所学物理知识相结合，进行合理的推理分析， 根据自动干手机的工作特征，手靠近，电热器开始工 作；手撤离，电热器停止工作，不难判断出传感器的 种类，若是用湿度和温度来驱使电热器工作，理论上 可行，但作为干手机，这种传感器的设置有很大的缺 陷．因为干手机周围的环境一年四季都在变化，与手 的靠近无关，如果湿度、温度发生变化干手机马上工 作，岂不成了室内烘干机了吗？故A、B不对．由于人 是导体，介电常数大于空气，手靠近干手机相当于插 入了电介质，故可确认干手机内设置有电容式传感器， 手靠近时改变了电容，故选C.
• ⑥将多用电表的选择开关置于交流电压最 高挡或“OFF”挡.拆开装置，将器材按原样 整理好.
• 2.光敏电阻特性实验：如图11-4-2所示 • ①将多用电表的选择开关置于欧姆挡.选
择合适的倍率，将两支表笔短接后调零.
图11-4-2
• ②把多用电表的两支表笔接到光敏电阻 的两个输出端，观察表盘指示的光敏电 阻的阻值，记录下来.
图11-4-3
• 4.简单温度自动控制实验
• 请同学们设计一个由热敏电阻或光敏电阻 作为传感器的简单自动控制实验.
• 注意事项
• 1.在做热敏实验时，加开水后要等一会再测 其阻值，以使电阻温度与水的温度相同， 并同时读出水温.
• 2.可用图象描出电阻随温度的变化图线来分 析其规律.

栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
把记录的结果填入下表中，根据记录 数据分析光敏电阻的特性.
光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值(Ω) 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发 生变化，光照增强电阻变小，光照减 弱电阻变大．
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
误差分析
本实验误差主要来源于温度计和欧姆 表的读数．
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
注意事项
1．在做热敏实验时，加开水后要等一 会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的 温度相同，并同时读出水温． 2．光敏实验中,如果效果不明显,可将电 阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖 上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少. 3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
【解析】 当照射光强度增大时，R3 阻值减小，外电路电阻随R3的减小而 减小，R1两端电压因干路电流增大而 增大，同时内电压增大，故电路路端 电压减小，电压表的示数增大，A项 正确，D项错误；由路端电压减小， R1两端电压增大知，R2两端电压必减
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
图10－3－7
栏目 导引
实验十一 传感器的简单使用
【解析】 (1)(2)略． (3)读出电压 U＝5.00 V，电流 I＝115 mA.RL ＝UI ＝43.5 Ω，再由 RL－t 关系曲线找出 RL ＝43.5 Ω 对应的温度 t＝64.0 ℃左右，也可 由表中数据来求出，具体方法是：由图象 我们可以看出 RL 随温度均匀变化，当 RL ＝43.5 Ω 时温度 t＝60 ℃＋44.71－041.4 ×(44.7－43.5)℃≈64.0 ℃.