物理第五章傳感器第2節常見傳感器的工作原理及應用第3節利用傳感器制作簡單的自動控制裝置[學習目標]1．了解光敏電阻的特性及其在生活、生產中的應用。2．了解金屬熱電阻和熱敏電阻的特性及其在生活、生產中的應用。3．了解電阻應變片、電容式位移傳感器的特性及其在生活、生產中的應用。4．會設計簡單的有關傳感器應用的控制電路。01必備知識素養奠基02關鍵能力素養形成03分層演練素養達標知識點1常見傳感器的工作原理及應用(一)光敏電阻1．特點：光敏電阻在暗環境中電阻______，在強光照射下電阻______。2．原理：無光照時，載流子______，導電性能差；隨著光照的增強，載流子______，導電性變______。3．作用：把____________這個光學量轉換為______這個電學量。很大很小極少增多好光照強度電阻4．應用：自動計數裝置

沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值較______；有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變______。小大(二)熱敏電阻和金屬熱電阻

熱敏電阻金屬熱電阻特點電阻率隨溫度升高而______電阻率隨溫度升高而______制作材料__________________優點靈敏度高化學穩定性好，測量范圍大作用將______這個熱學量轉換為______這個電學量減小增大半導體金屬溫度電阻(三)電阻應變片1．電阻應變片原理：電阻應變片是一種使用非常廣泛的______元件。我們知道，電阻與導體的材料、長度和橫截面積有關。當金屬絲受到拉力時，長度變長、橫截面積變小，導致電阻變______；當金屬絲受到壓力時，長度變短、橫截面積變大，導致電阻變______。金屬導體在外力作用下發生機械形變(伸長或縮短)時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發生變化的現象，稱為金屬的____________效應。金屬電阻應變片就是利用這一原理制成的。除了金屬電阻應變片外，常用的電阻應變片還有半導體電阻應變片，它的工作原理是基于半導體材料的______效應。力敏大小電阻應變壓阻2．作用：電阻應變片能夠把____________這個力學量轉換為______這個電學量。我們經常見到的電子秤，它所使用的測力器件是力傳感器。常用的一種力傳感器是由____________和__________________組成的，稱為____________傳感器。物體形變電阻金屬梁電阻應變片應變式力3．應變式力傳感器原理：這種力傳感器的工作原理如圖所示。彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應變片。在梁的自由端施力F，則梁發生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應變片的電阻變______，下表面應變片的電阻變______。力F越大，彎曲形變越大，應變片的____________就越大。如讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應變片兩端的電壓變______，下表面應變片兩端的電壓變______。傳感器把這兩個電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越______。大小電阻變化大小大4．電容式位移傳感器(位移傳感器)

原理：它可以將____________轉化為______信號，如圖所示，當物體向左運動時，電容______；當物體向右運動時，電容______。位移變化電容增大減小知識點2利用傳感器制作簡單的自動控制裝置(一)門窗防盜報警裝置1．電路2．工作原理：閉合電路開關S，系統處于______狀態。當門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而______繼電線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與____________接通，發光二極管LED______。當門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁______，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與____________接通，蜂鳴器H____________。防盜接通常開觸點a發光斷開常閉觸點b發聲報警(二)光控開關1．電路2．工作原理：當環境光比較強時，光敏電阻RG的阻值______，三極管____________，發光二極管或繼電器所在的回路相當于______，即發光二極管____________；繼電器處于常開狀態，小燈泡L______。當環境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值______，三極管______，且獲得足夠的基極電流，產生較大的集電極電流，點亮發光二極管或驅動繼電器吸合而點亮小燈泡L。很小不導通斷路不工作不亮變大導通[判一判](1)光敏電阻本身就是一種傳感器。(

)(2)光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化，光照越強電阻越小。(

)(3)熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對溫度的感知很靈敏。(

)(4)半導體制成的熱敏元件溫度升高時電阻大幅度變化。(

)(5)金屬熱電阻的溫度升高時電阻升高。(

)(6)應變式力傳感器可以用來測量重力，也可用來測牽引力。(

)×√×√√√1．(光敏電阻)如圖甲所示，光敏電阻R2上加上如圖乙所示的光照，那么R2兩端的電壓變化是下列圖中的(

)√解析：光敏電阻阻值隨光照的增強而減小，根據題圖乙知R2兩端的電壓隨之同頻率地先減小后增大，但不會是0，選B。2．(熱敏電阻和金屬熱電阻)(多選)電阻R隨溫度T變化的圖線如圖，下列說法正確的是(

)A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的C．圖線1對應的材料化學穩定性好、測溫范圍大、靈敏度高D．圖線2對應的材料化學穩定性差、測溫范圍小、靈敏度高√√解析：金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大，半導體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，A錯誤，B正確；圖線1對應的材料化學穩定性好但靈敏度低，圖線2對應的材料化學穩定性差但靈敏度高，C錯誤，D正確。探究一光敏電阻【問題導引】1．將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋。分別記錄用手掌遮光、用室內自然光照射和用陽光直射時的阻值，三種情況下光敏電阻的阻值有何變化？由此可以得出什么結論？2．換用一只普通的電阻，小心地把電阻器表面的漆層除去一些，使里面的導電膜露出來接受光照。重做上述實驗，結果相同嗎？提示：1.實驗現象：同一只光敏電阻，用多用電表測量其阻值，用手掌遮光時，電阻值較大，在室內自然光的照射下電阻值變小，改用陽光直接照射時，電阻值變得更小。實驗結論：通過上述實驗我們得到：光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而明顯減小。2．實驗現象：普通電阻在不同光照的情況下其阻值是相同的。實驗結論：普通電阻的阻值不受光照強度的影響，而光敏電阻的阻值隨光照強度的變化發生明顯的變化。1．光敏電阻是用半導體材料制成。2．特點是在被光照射時電阻會發生變化，光照增強電阻減小，光照減弱電阻增大。3．作用是把光學量轉換為電學量。【例1】如圖所示，將多用電表兩表筆接在一光敏電阻兩端，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時，表針的偏角為θ；現用手掌擋住部分光線，表針的偏角為θ′，則可判斷(

)A．θ′＝θ

B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能確定[解析]光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉角度變小。√[針對訓練1]

(多選)計算機光驅的主要部分是激光頭，它可以發射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏自動計數器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統，再通過計算機顯示出相應信息。光敏電阻自動計數器的示意圖如圖所示，其中R1

為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數器的基本工作原理是(

)A．當有光照射R1時，處理系統獲得高電壓B．當有光照射R1時，處理系統獲得低電壓C．信號處理系統每獲得一次低電壓就計數一次D．信號處理系統每獲得一次高電壓就計數一次解析：當有光照射R1時，R1的電阻減小，處理系統獲得高電壓；信號處理系統每獲得一次高電壓就計數一次。√√[針對訓練2]

(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時(

)A．電壓表的示數增大

B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大

D．電路的路端電壓增大√√√解析：光的強度是被測量，光敏電阻R3為光敏元件，同時也是轉換器件，當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數增大，A正確，D錯誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，可知R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B正確；結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C正確。探究二熱敏電阻【問題導引】

如圖所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央。若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？提示：由于酒精蒸發，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右偏。含有熱敏電阻電路的動態分析步驟(1)明確熱敏電阻的阻值隨溫度的增加是增大還是減小。(2)分析整個回路的電阻、電流的增減。(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化。【例2】某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I－Ut關系曲線圖如圖甲所示。將該熱敏電阻連入如圖乙所示電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數為70mA，定值電阻R1＝250Ω。由熱敏電阻的I－Ut關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為________Ω。[答案]

5.4

105.9[針對訓練3]如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關組成的電路中，當閉合開關S后，小燈泡正常發光，若用酒精燈加熱電阻絲，發現小燈泡亮度變化是變暗，發生這一現象的主要原因是(

)A．小燈泡的電阻發生了變化B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發生了變化C．電阻絲的電阻率隨溫度發生了變化D．電源的電壓隨溫度發生了變化√解析：電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻絲的電阻也增大，電路中電流減小，根據P＝I2R知，小燈泡的實際功率減小，所以變暗。[針對訓練4]如圖所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時，下列描述正確的是(

)A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數增大C．小燈泡的亮度變強

D．小燈泡的亮度變弱√解析：R2與燈L并聯后與R1串聯，與電源構成閉合電路。當溫度降低時，電阻R2增大，外電路電阻增大，電路中電流減小，外電路電壓增大，電流表讀數減小，R1兩端電壓減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確。探究三自動控制電路的分析與設計

設計自動控制電路時，一般按照以下的思路進行(1)根據題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路。控制電路由電源、開關、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導線等組成。這兩個電路相互獨立，又通過電磁繼電器相關聯，電磁繼電器實際上是工作電路的開關。(2)分析自控電路的合理性電路設計完成后，要對它的合理性進行分析，用光照射光敏電阻或對熱敏電阻加熱，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。例如，自控路燈電路的設計要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈發光。【例3】如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R－t圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器線圈的電阻為150Ω。當線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝6V，內阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。(1)應該把恒溫箱內的加熱器接在________端(選填“AB”或“CD”)；(2)如果要使恒溫箱內的溫度保持100℃，可變電阻R′的值應調節為________Ω。[解析]

(1)當溫度降低時，熱敏電阻的阻值增加，繼電器線圈中的電流減小，銜鐵被彈開，AB將接入加熱電路中，故恒溫箱內的加熱器接在AB端。[答案]

(1)A