（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册第5章 1.认识传感器讲义.doc

1、1 1认识传感器认识传感器 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息 时代的作用与意义时代的作用与意义。 2.科学思维科学思维知道常见传感器的作用知道常见传感器的作用， 会分析其工作原理会分析其工作原理。 3.科学态度与责任科学态度与责任知道将非电学量转化为电学量的意义。知道将非电学量转化为电学量的意义。 一、神奇的传感器一、神奇的传感器 1楼道灯自动开启楼道灯自动开启：这个开关会感知环境的这个开关会感知环境的明暗 明暗和声音的和声音的强弱强弱。只有环境只有环境 的亮度的亮度低于低于某一数值某一数值，同时声

2、强同时声强高于高于某一数值时某一数值时，声控声控光控开关才会接通光控开关才会接通， 灯才会亮灯才会亮。 2自动门自动门：有的自动门装有一种装置有的自动门装有一种装置，当人走近时当人走近时，可以检测出人体向外可以检测出人体向外 辐射的辐射的红外线红外线，从而发出使自动从而发出使自动 门开关启动的命令门开关启动的命令。这种装置就是这种装置就是红外线传感红外线传感 器器。 3便携式酒精检测仪便携式酒精检测仪：司机对着：司机对着 “便携式酒精检测仪便携式酒精检测仪” ”呼气呼气，检测仪就检测仪就 会显示呼出气体中的酒精浓度会显示呼出气体中的酒精浓度，这是因为检测仪上装有这是因为检测仪上装有“乙醇传感器

3、乙醇传感器”，它能它能 感知乙醇的感知乙醇的浓度浓度。 4传感器传感器：它能够感受诸如力：它能够感受诸如力、温度温度、光光、声声、化学成分等被测量化学成分等被测量，并能并能 把它们按照一定的把它们按照一定的规律规律转换为便于传送和处理的可用信号输出转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的通常转换成的 可用信号是可用信号是电压电压、电流电流等电学量等电学量，或转换为或转换为电路的通断电路的通断。把非电学量转换为电把非电学量转换为电 学量学量， 可以很方便地进行测量可以很方便地进行测量、传输传输、处理和控制处理和控制。 二、传感器的种类二、传感器的种类 1传感器的种类传感器的种类：力传感器

4、力传感器、磁传感器磁传感器、声传感器声传感器等物理传感器等物理传感器。 2电化学反应原理电化学反应原理：把无机或有机化学物质的把无机或有机化学物质的成分 成分、浓度浓度等转换为电信号等转换为电信号。 3生物活性物质生物活性物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质：利用生物活性物质选择性来识别和测定生物化学物质， 如如酶传感器酶传感器、微生物传感器微生物传感器、 细胞传感器等生物传感器细胞传感器等生物传感器。 三、传感器的组成与应用模式三、传感器的组成与应用模式 1敏感元件敏感元件：是指能直接感受或响应外界被测：是指能直接感受或响应外界被测非电学量非电学量的部分的部分。 2转换元件转

5、换元件：是指能将敏感元件输出的信号直接转换成是指能将敏感元件输出的信号直接转换成电信号 电信号的部分的部分。它它 们分别完成们分别完成检测检测和和转换转换两个基本功能两个基本功能。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件传感器是把非电学量转换为电学量的元件。() (2)所有传感器的材料都是由半导体材料做成的所有传感器的材料都是由半导体材料做成的。( () ) (3)传感器只能感受温度和光两个物理量传感器只能感受温度和光两个物理量。( () ) (4)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量传感器可以将所有感受到的信

6、号都转换为电学量。( () ) 2(多选多选)传感器担负着信息采集的任务传感器担负着信息采集的任务， ，它可以它可以() A将力学量将力学量(如形变量如形变量)转变成电学量转变成电学量 B将热学量转变成电学量将热学量转变成电学量 C将光学量转变成电学量将光学量转变成电学量 D将电学量转变成力学量将电学量转变成力学量 ABC传感器是将所感受到的不便于测量的物理量传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等) 转换成便于测量的物理量转换成便于测量的物理量(一般是电学量一般是电学量)的一类元件，故选项的一类元件，故选项 A、B、C 对，选对，选 项项 D 错。错。 3

7、关于传感器及其作用关于传感器及其作用，下列说法正确的是下列说法正确的是() A传感器一定是把非电学量转换为电学量传感器一定是把非电学量转换为电学量 B传感器一定是把非电学量转换为电路的通断传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、 、传输传输、处理和处理和 控制控制 D电磁感应是把磁学的量转换为电学的量电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器所以电磁感应也是传感器 C传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁

8、、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；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学 量，找出非电学量和电学量之间的对应关系。电磁感应是现象和原理，不是元量，找出非电学量和电学量之间的对应关系。电磁感应是现象和原理，不是元 件和装置，不能称为传感器。件和装置，不能称为传感器。 传感器的原理和分类传感器的原理和分类 为解决楼道里的照明问题为解决楼道里的照明问题，在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路连

9、在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路连 接接。当楼道内有人走动而发出声响时当楼道内有人走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光电灯即与电源接通而发光，这种传感器这种传感器 是什么传感器是什么传感器，它的输入它的输入、输出信号各是什么？输出信号各是什么？ 提示：提示：它是声电传感器，输入的是声信号，输出的是电信号。它是声电传感器，输入的是声信号，输出的是电信号。 1传感器的核心元件传感器的核心元件 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量直接感受被测量，并将其变换成与被并将其变换成与被 测量成一定关系的易于测量的物理量测量成一定关系的易于测量的物理量，如温

10、度如温度、位移等位移等。 (2)转换元件：也称为传感元件转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量通常不直接感受被测量，而是将敏感元件而是将敏感元件 输出的物理量转换成电学量输出输出的物理量转换成电学量输出。 (3)转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电如电 压压、电流等电流等。 2传感器的工作原理传感器的工作原理 传感器感受的通常是非电学量传感器感受的通常是非电学量，如压力如压力、温度温度、位移位移、浓度浓度、速度速度、酸碱酸碱 度等度等，而它输出的通常是电学量而它输出的通常是电学量，如电压如电压、电流电流、

11、电荷量等电荷量等，这些输出信号是这些输出信号是 非常微弱的非常微弱的，通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作。传感器传感器 的工作原理如下所示：的工作原理如下所示： 非电学量非电学量 敏感元件敏感元件 转换器件转换器件 转换电路转换电路 电学量电学量 3分类分类 工作原理工作原理举例举例 物理传感器物理传感器 利用物质的物理性质和物理效利用物质的物理性质和物理效 应感知并检测出待测对象信息应感知并检测出待测对象信息 压电传感器压电传感器、温度传感器温度传感器、光电光电 传感器传感器、电感传感器电感传感器、电容传感电容传感 器等器等 化学

12、传感器化学传感器利用化学反应识别和检测信息利用化学反应识别和检测信息气敏传感器气敏传感器、湿敏传感器等湿敏传感器等 生物传感器生物传感器利用生物化学反应识别和检测利用生物化学反应识别和检测酶传感器酶传感器、组织传感器组织传感器、细胞传细胞传 信号信号感器等感器等 【例【例】全面了解汽车的运行状态全面了解汽车的运行状态(速度速度、水箱温度水箱温度、油量油量)是确保汽车安全是确保汽车安全 行驶和驾驶员安全的举措之一行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油某同学自制一种测定油 箱油量多少或变化多少的装置箱油量多少或变化多少的装置。如图所示如图所示，其中电

13、源电压保持不变其中电源电压保持不变，R 是滑动变是滑动变 阻器阻器，它的金属滑片是金属杆的一端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该同学在装置中使用了一只电压表(图中图中 没有画出没有画出)，通过观察电压表示数通过观察电压表示数，可以了解油量情况可以了解油量情况，你认为电压表应该接在你认为电压表应该接在 图中的图中的两点之间两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压电压 表的示数将表的示数将(选填选填“增大增大”或或“减小减小”)。 解析解析由题图可知当油箱内液面高度变化时由题图可知当油箱内液面高度变化时，R 的金属滑片将

14、会移动的金属滑片将会移动，从从 而引起而引起 R 两端电压的变化，且当两端电压的变化，且当 RR 时，时，URIR 可视为可视为 UR与与 R 成正比，所成正比，所 以电压表应接在以电压表应接在 b、c 两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。两点之间；当油量减少时，电压表示数将增大。 答案答案b、c增大增大 传感器问题的分析思路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量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电

15、学量的变化来推测相关量 的变化。的变化。 跟进训练跟进训练 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小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有位同学利用压敏电阻设计了 判断小车运动状态的装置判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固将压敏电阻和一块挡板固 定在绝缘小车上定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中小车向右做直线运动过程中，电流电流 表示数如图乙所示表示数如图乙所示，下列判断正确的是下列判断正确的是() A从从 t1到到 t2时间内时间内，小车做匀速直线运动小车做匀速直线运动

16、B从从 t1到到 t2时间内时间内，小车做匀加速直线运动小车做匀加速直线运动 C从从 t2到到 t3时间内时间内，小车做匀速直线运动小车做匀速直线运动 D从从 t2到到 t3时间内时间内，小车做匀加速直线运动小车做匀加速直线运动 D在在 0t1内，内，I 恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小恒定，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，在车可能做匀速或匀加速直线运动，在 t1t2内，内，I 变大，压敏电阻阻值变小，压变大，压敏电阻阻值变小，压 力变大力变大，小车做变加速运动小车做变加速运动，A、B 错误错误；在在 t2t3内内，I 不变不变，压力恒

17、定压力恒定，小车小车 做匀加速直线运动，做匀加速直线运动，C 错误，错误，D 正确。正确。 常见传感器常见传感器 声控灯有一种有趣的现象声控灯有一种有趣的现象，那就是光线充足时那就是光线充足时，任你发出多大的声音都不任你发出多大的声音都不 亮；但在黑夜亮；但在黑夜，轻轻一声它就发出亮光轻轻一声它就发出亮光，这是为什么呢？这是为什么呢？ 提示：提示：声控灯全名应该为声控灯全名应该为声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光声光控灯，声控灯中有光控电路，使其在光 线充足的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光线充足的时候不工作，所以声控灯的控制盒实际上是声、光同时控制的，在光 线

18、充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。线充足的情况下灯不会亮，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。 1生活中的传感器生活中的传感器 (1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱电冰箱、微波炉微波炉、空调空调、消毒碗消毒碗 柜等柜等，都用到温度传感器都用到温度传感器。 (2)红外传感器：自动门红外传感器：自动门、家电遥控器家电遥控器、生命探测器生命探测器、非接触红外测温仪以非接触红外测温仪以 及防盗及防盗、防火报警器等防火报警器等。 (3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等。

19、2农业生产中的传感器农业生产中的传感器 (1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水自动供水或停水。 (2)温度传感器和湿度传感器：可对上百个点进行温度和湿度监测温度传感器和湿度传感器：可对上百个点进行温度和湿度监测。由于有由于有 了十分先进可靠的测试技术了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象有效地减少了霉变现象。 3工业生产中的传感器工业生产中的传感器 (1)生产的自动化和半自动化生产的自动化和半自动化。用机器人用机器人、自动化小车自动化小车、自动机床自动机床、各种自各种自 动生产线或者系统动生产线或者系统，代替人完成加工代替人完成加工、

20、装配装配、包装包装、运输运输、存储等工作存储等工作。各种各种 传感器使生产的自动运行保持在最佳状态传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量以确保产品质量，提高效率和产量提高效率和产量， 节约原材料等节约原材料等。 (2)在数控机床中的位移测量装置在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测就是利用高精度位移传感器进行位移测 量量，从而实现对零部件的精密加工从而实现对零部件的精密加工。 4飞向太空的传感器飞向太空的传感器 在航空在航空、航天技术领域航天技术领域，传感器应用得较早传感器应用得较早，也应用得较多也应用得较多，在运载火箭在运载火箭、 载人飞船中载人飞船中，

21、都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控这些传感器对控 制航天器的姿态制航天器的姿态、接收和发送信息接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用收集太空数据等都有重要作用。在载人飞在载人飞 船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压如测量血压、心电图心电图、 体温等体温等。 1(多选多选)关于传感器的作用关于传感器的作用，下列说法中正确的有下列说法中正确的有() A通常的传感器可以直接用来进行自动控制通常的传感器可以直接用来进行自动控制 B传感器可以用来采集信息传感器可以用来

22、采集信息 C传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量 D传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量 BC传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的， 不能直接用来进不能直接用来进 行自动控制行自动控制，A 选项错误选项错误；传感器可以用来采集信息传感器可以用来采集信息，B 选项正确选项正确；传感器分不传感器分不 同种类同种类，每种传感器只感受到特定的信号每种传感器只感受到特定的信号、并把采集到的信号转化为电学量并把采集到的信号转化为电学量，C 选项正确，选项正确，D

23、选项错误。选项错误。 2(多选多选)电子电路中常用到一种称为电子电路中常用到一种称为“干簧管干簧管”的元件的元件(如图所示如图所示)，它的结它的结 构很简单构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧当磁体靠近干簧 管时管时，两个簧片被磁化而接通两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是操纵开关的是 磁场这只看不见的磁场这只看不见的“手手”。关于干簧管关于干簧管，下列说法正确的是下列说法正确的是() A干簧管接入电路中相当于电阻的作用干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B干簧管是根据热

24、胀冷缩的原理制成的干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引 D干簧管接入电路中相当于开关的作用干簧管接入电路中相当于开关的作用 CD当磁体靠近干簧管时当磁体靠近干簧管时， 两个簧片被磁化相互吸引而接通两个簧片被磁化相互吸引而接通， 故选项故选项 B 错错 误，选项误，选项 C 正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所 以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，

25、选项 A 错误，选错误，选项项 D 正确。正确。 3有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机， ，洗手后将湿手靠近洗手后将湿手靠近，机内的机内的 传感器就开通电热器加热传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出有热空气从机内喷出，将湿手烘干将湿手烘干，手靠近自动干手靠近自动干 手机能使传感器工作手机能使传感器工作，是因为改变了是因为改变了() A湿度湿度B温度温度 C磁场磁场D电容电容 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

26、。手靠近时相当电热器停止工作，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，由于手的靠近改变于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变 了电容大小，故了电容大小，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。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。 4传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用传感器可将非电学量转化为电学量起自动控制作用， ，如计算机鼠标中有如计算机

27、鼠标中有 位移传感器位移传感器，电饭煲中有温度传感器电饭煲中有温度传感器，电视机电视机、录像机录像机、影碟机影碟机、空调机中有空调机中有 光电传感器光电传感器，如图是演示位移传感器的工作原理图如图是演示位移传感器的工作原理图，物体物体 M 在导轨上平移时在导轨上平移时， 带动滑动变阻器的滑动触头滑动带动滑动变阻器的滑动触头滑动，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大通过电压表显示的数据来反映物体位移的大 小小，假设电压表是理想的假设电压表是理想的，则下列说法正确的是则下列说法正确的是() A物体物体 M 运动时运动时，电源内的电流会发生变化电源内的电流会发生变化 B物体物体 M 运动时运动时，

28、电压表的示数会发生变化电压表的示数会发生变化 C物体物体 M 不动时不动时，电路中没有电流电路中没有电流 D物体物体 M 不动时不动时，电压表没有示数电压表没有示数 B由于电压表是理想的，因此滑片由于电压表是理想的，因此滑片 P 移动时，不改变闭合电路的电阻，移动时，不改变闭合电路的电阻， 电源内的电流不发生变化，即电流恒定，电源内的电流不发生变化，即电流恒定，A、C 错误；物体错误；物体 M 运动时，电压表运动时，电压表 所测电压是变化的，所测电压是变化的，M 不动时，电压表示数恒定，不动时，电压表示数恒定，B 正确，正确，D 错误。错误。 5利用现代信息技术进行的实验叫作利用现代信息技术进行的实验叫作 DIS 实验实验，DIS 由传感器由传感器、数据采集数据采集 器和计算机组成器和计算机组成。如图所示为如图所示为“用用 DIS 测变速直线运动的瞬时速度测变速直线运动的瞬时速度”实验的装实验的装 置图置图，图中图中所示的器材为所示的器材为() A位移传感器位移传感器B速度传感器速度传感器 C时间传感器时间传感器D光电门传感器光电门传感器 D光电门传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间光电门传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间 t。若挡光片的若挡光片的 宽度为宽度为 d，则瞬时速度，则瞬时速度 vd t ，故，故 D 正确。正确。