第一節常見傳感器的工作原理教學課件TeachingCourseware20XX.XX.XX第五章傳感器及其應用高中物理魯科版（2019）選擇性必修第二冊PART.1PART.2PART.3PART.4素養目標新課講解新課導入經典例題目錄CONTENTSPART.2PART.4課堂練習課堂小結素養目標1.【物理觀念】知道什么是傳感器，知道傳感器的組成和作用。2.【科學思維】了解傳感器將非電學量轉換為電學量的一般應用模式。3.【科學態度與責任】了解光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件的性能、工作原理及作用。新課導入觀察生活，很多商場都有自動門，為什么人靠近自動門時，門會打開？為什么手靠近風干機，熱風會自動吹出？為什么在電子秤上放上物品，就會顯示出重量？像這種能夠感受到被測量的信息，并將其按照一定的規律轉化為可用信號的器件或裝置，稱為傳感器。新課講解Newlessonexplanation新課講解1、初識傳感器僅依靠聽覺判斷是難以把握西瓜的成熟程度的。能否用測量儀器來代替人耳，準確地判斷西瓜的成熟程度呢?

辨別西瓜的成熟程度傳感器計算機敲擊西瓜麥克風將接收到的聲音信號轉化為電信號麥克風西瓜計算機顯示信號波形新課講解農貿市場上，用于稱重的桿秤已被更為靈敏的電子秤(如圖所示)替代。電子秤受到重物的壓力，內部的稱重傳感器就會把受到的壓力大小這一信息轉化為電信號，并對電信號進行處理后，顯示出對應重物質量的相應數字。稱重物體實際上，能夠完成兩種量之間變換或轉換關系的器件，都符合傳感器的定義范疇。與壓力、速度、溫度、亮度等非電學量相比，電壓、電阻、電容和電感等電學量更便于電學儀表顯示和用于自動控制，所以傳感器通常是將非電學量轉化為電學量，這是物理學中轉化法的典型體現。新課講解角度位移速度壓力溫度濕度聲強光照

傳感器電壓電流電阻電容傳感器：能感受外界信息，并將其按照一定的規律轉換成可用輸出信號（主要是電信號）的器件或裝置。傳感器通常應用在自動測量和自動控制系統中，擔負著信息采集和轉化任務。新課講解

在計算機電源內部，應用熱傳感器（熱敏電阻）把探測到的溫度信號轉化為電信號，通過對電信號的處理，能自動控制散熱風扇的轉速，保持電源內部溫度均衡。

監測火警的煙霧傳感器在煙霧濃度達到一定程度時，能輸出電信號，使警鈴發聲或使紅燈閃爍，自動報警。新課講解傳感器：一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成，如圖所示：敏感元件轉換元件轉換電路被測量電學量敏感元件：相當于人的感覺器官，直接感受被測量，并將其變換成與被測量成一定關系的易于測量的物理量，如溫度、位移等。轉換元件：也稱為傳感元件，通常不直接感受被測量，而是將敏感元件輸出的物理量轉換成電學量輸出。轉換電路：將轉換元件輸出的電學量轉換成易于測量的電學量，如電壓、電流等。新課講解2、敏感元件

敏感元件是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應（如熱敏、光敏、壓敏等）制成的。

（1）光敏元件（1）將光敏電阻與歐姆表按圖5-6連成電路。（2）將光敏電阻受光面置于有光線照射的地方，觀察歐姆表的讀數，記錄光敏電阻的阻值。（3）用黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，移動黑紙片，使光敏電阻接收到的光線出現稍暗、較暗、最暗幾種情況，觀察這幾種情況下光敏電阻阻值的變化，并把相應的阻值記錄下來。

當光照由強變弱時，光敏電阻的阻值如何變化？

觀察光敏電阻的特性新課講解

光敏電阻是用金屬硫化物等半導體材料制成的。當光照射到這些半導體物質上時，會激發半導體內部受束縛的電子，其電阻值就會發生改變。光照越強，被激發的電子數就越多，電阻值就越小。光敏二極管、光電池等光敏元件是利用某些物質在光照射下電學特性隨之變化的特性制成的。新課講解（2）熱敏元件熱敏電阻的熱敏特性

如圖所示，將NTC熱敏電阻及溫度計放入盛有熱水的燒杯中。用多用電表測量熱敏電阻的阻值，同時用溫度計測出水溫。倒入少許冷水，改變燒杯中水的溫度，再次測量電阻值與水溫。熱敏電阻的阻值隨溫度怎樣變化？

熱敏電阻是一種常用的熱敏元件，廣泛應用于溫度傳感器中。新課講解溫度越高，阻值越小的熱敏電阻稱為負溫度系數熱敏電阻。溫度越高，阻值越大的熱敏電阻稱為正溫度系數熱敏電阻。

電子溫度計、電腦、電冰箱、空調等家用電器的溫度傳感器也是使用的也主要是熱敏電阻。

熱敏元件是利用半導體的電阻會隨溫度的變化而改變的特性制成的。熱敏電阻是一種靈敏度極高的溫度傳感器，在測溫過程中響應非常快。新課講解金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做電阻溫度計。熱敏電阻：有些半導體在溫度上升時導電能力增強，因此可以用半導體材料制作熱敏電阻。有一種熱敏電阻是用氧化錳等金屬氧化物燒結而成的，它的電阻隨溫度的變化非常明顯。說明：與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學穩定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。新課講解當液面高于熱敏電阻的高度時，熱敏電阻發出的熱量會被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會發熱。當液體減少、熱敏電阻露出液面時，發熱導致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設定值。液位報警示意圖油位高→電阻大→燈不亮油位低→電阻小→燈亮應用實例——低油位報警裝置新課講解（3）磁敏元件霍爾元件是根據半導體材料的霍爾效應制成的一種磁敏元件，廣泛應用于磁傳感器中。

在其垂直方向施加磁感應強度為B

的勻強磁場，將在垂直于電流和磁場的方向上產生電勢差為UH

的霍爾電壓新課講解

電容式位移傳感器能把物體的位移這個力學量轉換為電容這個電學量。（4）電容式傳感器

如圖所示，當被測物體在左、右方向發生位移時，電介質板隨之在電容器兩極板之間移動。如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。經典例題ClassicExample經典例題1.下列關于傳感器的說法正確的是()A.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉換為聲信號B.電熨斗能自動控制溫度主要利用了雙金屬片中兩片金屬的膨脹系數相同C.霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量D.半導體熱敏電阻常用作溫度傳感器，溫度升高，它的阻值變大答案：C解析：話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉換為電信號，故A錯誤;電熨斗能自動控制溫度主要利用了雙金屬片中兩片金屬的膨脹系數不同，溫度變化時，總體形變和膨脹系數大的金屬片形變方向相同，從而控制電路，故B錯誤;霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量，其原理為帶電粒子在磁場中發生偏轉，在極板間產生電勢差，故C正確;半導體熱敏電阻屬于半導體材料，溫度升高，它的阻值變小，故D錯誤.經典例題2.在一些星級賓館的洗手間經常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，熱空氣從機內噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為()A.改變濕度 B.改變溫度 C.改變磁場 D.改變電容答案：D解析：根據自動干手機工作的特征，手靠近，電熱器工作，手撤離，電熱器停止工作，人是一種導體，可以與其他導體構成電容，手靠近時相當于連接了一個電容，可以確定干手機內設有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容。用濕度和溫度來驅動電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機是因溫度、濕度的變化而工作的，就成了室內烘干機，故D正確。經典例題3.下列說法不正確的是() A.傳感器擔負著信息采集的任務，是將力、溫度、光、聲、化學成分轉換為電信號的主要工具B.干簧管是一種磁敏感元件C.話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉換為聲信號D.電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器作用是控制電路的通斷經典例題答案：C解析：傳感器擔負著信息采集的任務，是將力、溫度、光、聲、化學成分轉換為電信號的主要工具，故A正確;干簧管是一種磁敏感元件，能夠將磁信號轉化為電信號，故B正確;話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲音信號轉換為電信號，故C錯誤;電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器的作用是控制電路的通斷，故D正確.C符合題意.經典例題4.某樓梯口的電燈開關裝有傳感器，天黑時，有聲音才能發光，而白天即使有聲音，電燈也不能發光，該開關中有兩種傳感器，它們可能是()A.光敏電阻和駐極體話筒 B.金屬熱電阻和光敏電阻C.熱敏電阻和霍爾元件 D.熱敏電阻和光敏電阻答案：A解析：根據題意，天黑時，有聲音電燈才發光;而白天即使有聲音，電燈也不能發光，故電路中有光傳感器;天黑時，沒有聲音電燈不發光，故電路中有聲音傳感器.即控制電路中接入了光傳感器和聲音傳感器，話筒就是聲音傳感器，故A選項正確、B、C、D選項錯誤.課堂練習ClassroomPractice課堂練習1、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(

)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.小燈泡的亮度變弱熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數變小,R2與燈并聯部分電阻增大，電壓增大，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強.C課堂練習2、下列說法不正確的是（）A.電熨斗中的雙金屬片是溫度傳感器B.金屬熱電阻的化學穩定性好，但靈敏度差C.霍爾元件是能夠把磁感應強度這一磁學量轉換為電壓這一電學量的傳感器D.熱敏電阻是把熱量這個熱學量轉換為電阻這個電學量D利用雙金屬片溫度傳感器，可以控制電熨斗的溫度，故A與題意不符；金屬熱電阻由金屬材料制成，其化學穩定性好，但靈敏度差，故B與題意不符；霍爾元件是能夠把磁感應強度這一磁學量轉換為電壓這一電學量的傳感器，故C與題意不符；熱敏電阻是把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量，故D與題意相符。課堂練習3、目前，傳感器已經廣泛應用于生產、生活、科學研究等各個領域，關于傳感器的應用，下列說法中正確的是（）A.自動洗衣機中的壓力傳感器、數字體重計所用的測力裝置都應用了力傳感器B.走廊照明燈的聲控開關、紅外報警裝置都是應用了聲傳感器C