5.2 常见传感器的工作原理及应用 导学单-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.rar

5.2 常见传感器的工作原理及应用常见传感器的工作原理及应用【学习目标学习目标】1. 认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置。其主要元件是敏感元件。2. 了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。3. 利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器.【开启新探索开启新探索】我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。什么又是电学量呢？那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？ 【质疑提升质疑提升 1】光敏电阻光敏电阻1.1. 什么是光敏电阻?光敏电阻是用什么材料做成的？（1）光敏电阻：随着光照强度的变化， 在发生相应变化的光敏元件，可构成 传感器。（2）光敏电阻的制作：可使用硫化镉，该物质的 与所受光照的强度有关。2. 光敏电阻有怎样的特性？阅读课本，理解如何应用光敏电阻实现计数功能。（1） 硫化镉是一种 材料，无光照时， 较少，导电性能 ，电阻率 ，元件电阻 。随着光照增强， 增多，导电性能 ，电阻率 ，元件电阻 。（2）光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为 这个电学量。（3）用光敏电阻计数时，当物体挡光时，光电传感器不能接收光，此时阻值 ，供给信号处理系统的电压变 。高低交替变化的信号经过处理会转化为相应的数字。【质疑提升质疑提升 2】金属热电阻和热敏电阻金属热电阻和热敏电阻1. 金属热电阻和热敏电阻是传感器中常见的感知温度的敏感元件。什么是金属热电阻？又有怎样的特性？（1）金属热电阻：用金属丝可以制作 传感器，称热电阻。（2）金属热电阻的制作：常用的一种热电阻是用 制作的，可用来做电阻温度计。（3）金属热电阻的特性：金属的电阻率随温度的升高而 ，对应敏感元件的阻值 。2. 什么是热敏电阻？热敏电阻又有怎样的特性？（1）热敏电阻：用 制作热敏电阻，用以获取温度的变化。（2）热敏电阻的制作:有一种热敏电阻是用 等金属氧化物烧结而成的。（3）热敏电阻的特性：温度升高时，热敏电阻的导电能力 ，元件的阻值 。（4）与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性 ，测量范围 ，但灵敏度 。但两者都是把 这个热学量转换为 这个电学量。3. 阅读课本，理解如何应用热敏电阻来检测油箱的警戒液位？ 当液体减少时，热敏电阻会露出液面时，发热导致电阻的温度 ，阻值 ，指示灯 。【质疑提升质疑提升 3】电阻应变片电阻应变片1. 阅读课本，说明：电阻应变片是感知哪个物理量的传感器？ 电阻应变片是 元件，能够将物体形变这个 量转换为 这个电学量。2. 电阻应变片可以感知力的原理是什么？当金属丝受拉力时，长度变 、横截面积变 ，导致电阻变 ；当金属丝受压力时，长度变 、横截面积变 ，导致电阻变 。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其 随所受机械形变的变化而发生变化的现象，称金属的电阻应变效应。3. 阅读课本，说明力传感器有哪些用途？【质疑提升质疑提升 4】电容式传感器、霍尔元件电容式传感器、霍尔元件1. 阅读课本，说明电容式位移传感器测量位移这个力学量转换为电容这个电学量的原理？2. 用什么方法可以检测电容的变化？3. 霍尔元件是感知哪个物理量的传感器？其感知的原理是什么？ 【学以致用学以致用】1 药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是（）A温度升高，报警器两端电压减小B温度降低，热敏电阻的热功率一定增大C滑动变阻器接入电路的阻值大，报警器容易报警D滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关2 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有个沿 z 轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B=B0+kz（B0、k 均为常数） 。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流 I 不变（方向如图所示） ，当物体沿 z 轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在 y 轴方向的上、下表面的电势差 U也不同。则（）A磁感应强度 B 越大，上、下表面的电势差 U 越小Bk 越大，传感器灵敏度越高UzC若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高D电流越大，上、下表面的电势差 U 越小3 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（信号处理系统得到一次低电压，计数一次。 ）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？挡光，光敏电阻增大，其分压增大，信号处理系统得到一次低电压，计数。5.2 常见传感器的工作原理及应用常见传感器的工作原理及应用【学习目标学习目标】1. 认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置。其主要元件是敏感元件。2. 了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。3. 利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器.【开启新探索开启新探索】我们知道，传感器可以感受光强、温度、力、磁等非电学量，并把它们转换为与之有确定对应关系的电学量输出。什么又是电学量呢？那么，常见的传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？ 【质疑提升质疑提升 1】光敏电阻光敏电阻1.1. 什么是光敏电阻?光敏电阻是用什么材料做成的？（1）光敏电阻：随着光照强度的变化， 在发生相应变化的光敏元件，可构成 传感器。（2）光敏电阻的制作：可使用硫化镉，该物质的 与所受光照的强度有关。2. 光敏电阻有怎样的特性？阅读课本，理解如何应用光敏电阻实现计数功能。（1） 硫化镉是一种 材料，无光照时， 较少，导电性能 ，电阻率 ，元件电阻 。随着光照增强， 增多，导电性能 ，电阻率 ，元件电阻 。（2）光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为 这个电学量。（3）用光敏电阻计数时，当物体挡光时，光电传感器不能接收光，此时阻值 ，供给信号处理系统的电压变 。高低交替变化的信号经过处理会转化为相应的数字。【质疑提升质疑提升 2】金属热电阻和热敏电阻金属热电阻和热敏电阻1. 金属热电阻和热敏电阻是传感器中常见的感知温度的敏感元件。什么是金属热电阻？又有怎样的特性？（1）金属热电阻：用金属丝可以制作 传感器，称热电阻。（2）金属热电阻的制作：常用的一种热电阻是用 制作的，可用来做电阻温度计。（3）金属热电阻的特性：金属的电阻率随温度的升高而 ，对应敏感元件的阻值 。2. 什么是热敏电阻？热敏电阻又有怎样的特性？（1）热敏电阻：用 制作热敏电阻，用以获取温度的变化。（2）热敏电阻的制作:有一种热敏电阻是用 等金属氧化物烧结而成的。（3）热敏电阻的特性：温度升高时，热敏电阻的导电能力 ，元件的阻值 。（4）与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性 ，测量范围 ，但灵敏度 。但两者都是把 这个热学量转换为 这个电学量。3. 阅读课本，理解如何应用热敏电阻来检测油箱的警戒液位？ 当液体减少时，热敏电阻会露出液面时，发热导致电阻的温度 ，阻值 ，指示灯 。【质疑提升质疑提升 3】电阻应变片电阻应变片1. 阅读课本，说明：电阻应变片是感知哪个物理量的传感器？ 电阻应变片是 元件，能够将物体形变这个 量转换为 这个电学量。2. 电阻应变片可以感知力的原理是什么？当金属丝受拉力时，长度变 、横截面积变 ，导致电阻变 ；当金属丝受压力时，长度变 、横截面积变 ，导致电阻变 。金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其 随所受机械形变的变化而发生变化的现象，称金属的电阻应变效应。3. 阅读课本，说明力传感器有哪些用途？【质疑提升质疑提升 4】电容式传感器、霍尔元件电容式传感器、霍尔元件1. 阅读课本，说明电容式位移传感器测量位移这个力学量转换为电容这个电学量的原理？2. 用什么方法可以检测电容的变化？3. 霍尔元件是感知哪个物理量的传感器？其感知的原理是什么？ 【学以致用学以致用】1 药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是（）A温度升高，报警器两端电压减小B温度降低，热敏电阻的热功率一定增大C滑动变阻器接入电路的阻值大，报警器容易报警D滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关2 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有个沿 z 轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度 B=B0+kz（B0、k 均为常数） 。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流 I 不变（方向如图所示） ，当物体沿 z 轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在 y 轴方向的上、下表面的电势差 U 也不同。则（）A磁感应强度 B 越大，上、下表面的电势差 U 越小Bk 越大，传感器灵敏度越高UzC若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高D电流越大，上、下表面的电势差 U 越小3 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（信号处理系统得到一次低电压，计数一次。 ）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？