《2016-2017學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)常見(jiàn)傳感器的工作原理+第3節(jié)大顯身手的傳感器課件魯科版選修.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2016-2017學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)常見(jiàn)傳感器的工作原理+第3節(jié)大顯身手的傳感器課件魯科版選修.ppt（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、知 識(shí) 點(diǎn) 一 知 識(shí) 點(diǎn) 二 學(xué) 業(yè) 分 層 測(cè) 評(píng) 第 2 節(jié) 常見(jiàn)傳感器的工作原理 第 3 節(jié) 大顯身手的傳感器 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1. 認(rèn)識(shí)光敏電阻和熱敏電阻這兩種敏感元件 ， 知 道其特性 ( 重點(diǎn) ) 2. 理解光電傳感器和溫度傳感器的工作原 理 ( 難點(diǎn) ) 3. 了解生活中傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用及給人類(lèi)生產(chǎn)、 生活帶來(lái)的便利 . 4. 了解傳感器的設(shè)計(jì)思路 . 常 見(jiàn) 傳 感 器 的 工 作 原 理 先填空 1 光傳感器和溫度傳感器 光傳感器 溫度傳感器 定義 一種能夠感受 ， 并按照一定 規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成 的器 件或裝置 一種將 轉(zhuǎn)換成電學(xué) 量變化的裝置 光信號(hào) 電

2、信號(hào) 溫度變化 作用 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 將溫度變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變 化 常見(jiàn)敏感 元件 、光敏晶體管、 等 熱敏電阻、 等 構(gòu)造 光敏電阻由金屬硫化物等 材料制成 熱敏電阻由 材料制成 光敏電阻 光電池 熱電偶 半導(dǎo)體 半導(dǎo)體 特性 照射光 ， 則電阻小 ， 照射光弱 ， 則電阻大 ， 其倍數(shù)可達(dá) 倍 靈敏度 ， 響應(yīng)非?？?NTC 熱敏電阻 ( 負(fù)溫度系數(shù) ) 其阻值 隨溫度 而減小 ， PT C 熱敏 電阻 ( 正溫度系數(shù) ) 其阻值隨溫 度升高而增大 強(qiáng) 100 1000 極高 升高 2. 干簧管繼電器 (1) 干簧管的工作原理 干簧管可以感受外界磁場(chǎng) ， 當(dāng)干簧管的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片處有磁

3、場(chǎng)時(shí) ， 兩簧片 被磁化 ， 在磁力作用下由原來(lái)的分離狀 態(tài)變成閉合狀態(tài)，磁場(chǎng)減弱時(shí)兩簧片分 開(kāi) (2) 干簧管繼電器 構(gòu)造：由干簧管和繞在管外的 組成 作用：在電路中 ， 可以根據(jù)流經(jīng)線圈的電流大小控制電路的 如圖 5 2 1 所示電路符號(hào) 圖 5 2 1 線圈 通斷 3 電容式傳感器 電容式傳感器以各種類(lèi)型的電容器為傳感元件 ， 它將被測(cè)量的非電學(xué)量的 變化 ， 轉(zhuǎn)化成 的變化 根據(jù)改變電容的方式不同 ， 電容式傳感器可分為變間隙式、變 式 和變 式三種 電容量 極板面積 介電常數(shù) 再判斷 1 熱敏電阻是用金屬鉑制成的 ， 它對(duì)溫度的感知很靈敏 ( ) 2 半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時(shí)電

4、阻大幅度變化 ( ) 3 光照越強(qiáng) ， 光敏電阻的阻值越小 ( ) 后思考 光敏傳感器的 敏感元件一定是光敏電阻嗎？ 【提示】 不一定 ， 凡是在光照條件下電學(xué)特性隨之改變的都可用作光敏 傳感器的敏感元件 合作探討 許多辦公場(chǎng)所樓道燈具有這樣的功能：天黑時(shí) ， 出現(xiàn)聲音它就開(kāi)啟 ， 而在 白天 ， 即使有聲音它也沒(méi)有反應(yīng) 探討 1 ： 請(qǐng)分析滿足上述條件的控制電路中有哪些傳感器？是 物理傳感器還 是化學(xué)傳感器？ 【提示】 接入了兩種傳感器：光傳感器 ( 光敏電阻 ) ；聲傳感器 ( 通常用微 型駐極體話筒 ) 以上兩種傳感器均為物理傳感器 探 討 2 ： 光敏電阻一般由什么材料組成？和電學(xué)中的

5、一般電阻一樣嗎？ 【提示】 光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成 ， 而電學(xué)中常見(jiàn)電阻一般由金 屬材料制成 核心點(diǎn)擊 1 光敏電阻的特性 當(dāng)光敏電阻受到光照射時(shí) ， 會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子 ， 同時(shí) 也形成更多的空穴 ， 于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng) ， 電阻減小 2 熱敏電阻的兩種類(lèi)型 熱敏電阻的電阻率隨溫度變化而明顯變化 ， 常見(jiàn)的有兩種類(lèi)型 ， 圖中甲為 PTC 型 ， 乙為 NTC 型 PTC 型為正溫度系數(shù)熱敏電阻 ， NTC 型為負(fù)溫度系數(shù)熱 敏電阻 圖 5 2 2 3 熱敏電阻的應(yīng)用 (1) 電熨斗 電熨斗的構(gòu)造：如圖 5 2 3 所示 圖 5 2 3 電熨斗的自動(dòng)控溫原理 其內(nèi)部裝

6、有雙金屬片溫度傳感器 ， 其作用是控制電路的通斷 常溫下 ， 上、下觸點(diǎn)是接觸的 ， 當(dāng)溫度過(guò)高時(shí) ， 由于雙金屬片的熱膨脹系 數(shù)不同 ， 上部金屬膨脹系數(shù)大 ， 下部金屬膨脹系數(shù)小 ， 雙金屬片向下彎曲 ， 使 觸點(diǎn)分離 ， 從而切斷電源 ， 停止加熱溫度降低后 ， 雙金屬片恢復(fù)原狀 ， 重新 接通加熱 ， 這樣 循環(huán)進(jìn)行 ， 起 到自動(dòng)控制溫度的作用 (2) 電冰箱 電冰箱中的自動(dòng)控制系統(tǒng)要獲取的信息都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為容易傳輸和 處理的電信號(hào) 電子溫控的核心之一是冷藏室傳感器和冷凍室傳感器它們是一種負(fù)溫度 系數(shù)的熱敏電阻當(dāng)溫度升高時(shí) ， 其阻值減小；當(dāng)溫度降低時(shí) ， 其阻值增加 1 如圖

7、 5 2 4 所示 ， R 1 、 R 2 為定值電阻 ， L 為電阻絲 ， R 3 為光 敏電阻，當(dāng) 照射光強(qiáng)度增大時(shí)，下列選項(xiàng)中不正確的是 ( ) 圖 5 2 4 A 電壓表的示數(shù)增大 B R 2 中電流減小 C 電阻絲的功率增大 D 電路的路端電壓增大 【解析】 當(dāng)光照強(qiáng)度增大時(shí) ， R 3 阻值減小 ， 外電路電阻隨 R 3 的減小而減 小 ， 干路電流增大 ， R 1 兩端電壓因干路電流增大而增大 ， 同時(shí)內(nèi)電壓增大 ， 故 電路路端電壓減小 ， 而電壓表的示數(shù)增大；由路端電壓減小 ， 而 R 1 兩端電壓增 大知 ， R 2 兩端電壓必減小 ， 則 R 2 中電 流減??；結(jié)合干路電

8、流增大知流過(guò)電阻絲 的電流必增大 ， 則電阻絲的功率增大 ， 故本題選項(xiàng)為 D . 【答案】 D 2 溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中 ， 它是利用 熱敏 電阻的阻值隨溫度變化的特性來(lái)工作的 ， 如圖 5 2 5 甲所示 ， 電源的電動(dòng)勢(shì) E 9 V ， 內(nèi)阻不計(jì) ， G 為靈敏電流表 ， 內(nèi)阻 R g 保持不變； R 為熱敏電阻 ， 其電阻阻 值與溫度的關(guān)系如圖乙所示閉合 S ， 當(dāng) R 的溫度等于 20 時(shí) ， 電流表示數(shù) I 1 2 mA ；當(dāng)電流表的示數(shù) I 2 3. 6 mA 時(shí) ， 熱敏電阻的溫度是多少？ 圖 5 2 5 【解析】 由乙圖知 ， t 20 時(shí) ， R

9、 4 k 根據(jù)閉合電路歐姆定律 I E R R g 得 2 10 3 9 4 10 3 R g . 求得 R g 500 . 又因 I 2 E R R g 即 3.6 10 3 9 R 500 故 R 2 k . 由乙圖知 t 120 . 【答案】 120 光電傳感器電路的分析方法 對(duì)含光電傳感器的電路一般按以下思路分析： (1) 判斷電路的整體連接特點(diǎn) (2) 由光敏電阻的變化判斷出整個(gè)電路總電阻 的變化 (3) 根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化 (4) 根據(jù)電路串并聯(lián)特點(diǎn)和歐姆定 律判斷出各部分電路電壓和電流的變化 ， 進(jìn)而得出電壓表、電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化 大 顯 身

10、 手 的 傳 感 器 先填空 1 洗衣機(jī)的水位控制裝置 全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位控制裝置中使用 傳感器 ， 當(dāng)筒內(nèi)水位到達(dá)設(shè)定高 度時(shí) ， 凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)接觸控制電路的靜觸點(diǎn) ， 使控制電路接通 ， 進(jìn) 水電磁閥門(mén) ， 洗滌電動(dòng)機(jī)電源 壓力 關(guān)閉 接通 2 自動(dòng)門(mén) (1) 控制自動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)的是一種紅外 線傳感器 (2) 自動(dòng)門(mén)工作流程 傳感 器 處理 電路 驅(qū)動(dòng) 電路 繼電器自動(dòng)門(mén) 電動(dòng)機(jī) 3 指紋識(shí)別器 指紋識(shí)別器是通過(guò) 傳感器來(lái)識(shí)別指紋的手指皮膚與電容傳感器表面 構(gòu)成了 ， 由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異 電容 電容陣列 延時(shí)電路 4 傳感器與機(jī)器人 (1) 機(jī)器人傳感器的分類(lèi) 機(jī)器人傳

11、感器分為外部傳感器和 傳感器 (2) 傳感器用途 外部傳感器用于感知外部 和外界事物對(duì)機(jī)器人的 使機(jī)器 人擁有類(lèi)似人的視覺(jué)、 、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等感覺(jué) ， 從而使機(jī)械人具有擬 人化的特點(diǎn) 內(nèi)部傳感器 ( 如角度傳感器、 等 ) 用于檢測(cè)機(jī)器人自身的狀態(tài) 內(nèi)部 工作環(huán)境 刺激 聽(tīng) 覺(jué) 關(guān)節(jié)傳感器 再判斷 1 洗衣機(jī)的自動(dòng)控制裝置利用了壓力傳感器 ( ) 2 自動(dòng)門(mén)利用了紅外線傳感器 ( ) 3 指紋識(shí)別器是利用壓力傳感器 ( ) 后思考 壓力傳感器在洗衣機(jī)中實(shí)現(xiàn)了怎樣的信號(hào)轉(zhuǎn)化？其作用是什么？ 【提示】 傳感器的膜盒中的膜片受力大小不同 ， 膜片凸起情況不同 ， 當(dāng) 壓力達(dá)到一定程度 時(shí)凸起的膜

12、片使動(dòng)觸點(diǎn) a 與靜觸點(diǎn) b 脫離 ， 并與靜觸點(diǎn) c 接觸 ， 從而接通控制電路壓力傳感器將壓力這個(gè)力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電路的通斷 ， 相當(dāng) 于電路中的開(kāi)關(guān) 合作探討 在機(jī)場(chǎng)的出入口等公共場(chǎng)所快速準(zhǔn)確地篩查體溫偏高的人員 ， 應(yīng)用普通的 體溫計(jì)不可能完成 ， 現(xiàn)在用非接觸 式測(cè)溫儀可以很好地完成檢測(cè) 探討 1 ： 這種測(cè)溫儀利用了什么傳感器？ 【 提示】 紅外線傳感器由于物體的溫度不同 ， 發(fā)射紅外線的情況不同 ， 因此利用紅外線敏感元件可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)溫 探討 2 ： 這種測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 【提示】 有兩大優(yōu)點(diǎn)： (1) 非接觸式紅外測(cè)溫儀在測(cè)溫時(shí)不必與被測(cè)物體 表面接觸 (2) 可立即顯示

13、體溫值 核心點(diǎn)擊 1 洗衣機(jī)水位控制裝置 壓力傳感器 工作原理圖及 結(jié)構(gòu)： 圖 5 3 1 (1) 結(jié)構(gòu) ： 1 是洗衣機(jī)的外筒 ， 2 是洗衣機(jī)的內(nèi)筒 ， 3 是氣室 ， 4 是傳感器的膜盒 (2) 工作原理： 如圖 ( a ) 所示 ， 氣室下部與外筒連通 ， 上部與軟管、傳感器的膜盒連通當(dāng) 向桶內(nèi)注水后 ， 有一部分水進(jìn)入氣室 ， 氣室內(nèi)被密封的空氣壓強(qiáng)增大 ， 使傳感 器的膜盒中的膜片受力向上凸起 ， 如圖 ( b ) 所示 ， 當(dāng)筒中水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí) ， 凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn) a 與靜觸點(diǎn) b 脫離 ， 并與靜觸點(diǎn) c 接觸 ， 從而接通控制電路 ， 關(guān)閉進(jìn)水電磁閥 門(mén)，接通洗滌電

14、動(dòng)機(jī)電源，洗衣機(jī)開(kāi)始工作 2 自動(dòng)門(mén) 紅外線傳感器 (1) 工作原理 當(dāng)有人接近自動(dòng)門(mén)時(shí) ， 人體發(fā)出的紅外線被傳感 器接收到 ， 就會(huì)產(chǎn)生電壓 輸出信號(hào) ， 信號(hào)經(jīng)過(guò)電路處理后 ， 使定時(shí)器工作 ， 由定時(shí)器構(gòu)成的電路使繼電 器通電 ， 自動(dòng)門(mén)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 門(mén)自動(dòng)打開(kāi)；當(dāng)人通過(guò)自動(dòng)門(mén)幾秒后 ， 定時(shí)器又 使繼電器斷電 ， 自動(dòng)門(mén)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) ， 門(mén)自動(dòng)關(guān)閉 (2) 工作流程圖 3 指紋識(shí)別器 電容傳感 器 工作原理：指紋識(shí)別器是通過(guò)電容器來(lái)識(shí)別指紋的傳感器表面集合了很 多個(gè)電容器的極板 ， 其外面是絕緣表面 ， 當(dāng)用戶的手指放在絕緣表面上時(shí) ， 手 指的皮膚就成了電容器的另一個(gè)極板 ， 由于

15、指紋的脊和谷相對(duì)于另一個(gè)極板的 距離不同 ， 使電容陣列不同位置的電容器的電容值也不同通過(guò)讀取這些電容 的差異 ， 就能夠獲取指紋信息這樣就把指紋的信息轉(zhuǎn)化成了電信號(hào) ， 再經(jīng)過(guò) 電路對(duì)電信號(hào)的比較 ， 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋的識(shí)別 4 機(jī)器人與傳感器 (1) 機(jī)器人： 定義：是一種擬人化的電子機(jī)械裝置 ，具有一定的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)和判斷功 能 組成：機(jī)械系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、信息處理和控制系統(tǒng) (2) 傳感器系統(tǒng) 作用：機(jī)器人的感覺(jué)器官 分類(lèi)：外部傳感器和內(nèi)部傳感器 3 電子秤使用的傳感器是 ( ) A 超聲波傳感器 B 溫度傳感器 C 壓力傳感器 D 紅外線傳感器 【解析】 電子秤通過(guò)感知物體對(duì)它的壓力

16、， 將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ， 并由儀 表顯示 ， 來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量 ， 所以它感知的是壓力 ， 使用了壓力傳感器 ， 故 C 選 項(xiàng)正確 【答案】 C 4 在發(fā)生地震及泥石流災(zāi)害時(shí) ， 救援隊(duì)借助 “ 生命探測(cè)儀 ” 可以發(fā)現(xiàn)深埋 在廢墟中的傷員 ， 根據(jù)所學(xué)知識(shí) ， 你認(rèn)為 “ 生命探測(cè)儀 ” 可能用到了 ( ) A 紅外線傳感器 B 壓力傳感器 C 振動(dòng)傳感器 D 電容傳感器 【解析】 傷員被深埋在廢墟中 ， 借助紅外線傳感器 ， 可以感知人與周?chē)?環(huán)境的差別 ， 因傷員與尸體的溫度不同 ， 借助探測(cè)儀可 以探測(cè)到活著的被困人 員 A 正確 【答案】 A 5 ( 2016 大同期末 ) 傳感器是

17、把非電學(xué)物理量 ( 如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等 ) 轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件如圖 5 3 2 所示為一種電容傳感器 ， 電路可將聲音 信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)電路中 a 、 b 構(gòu)成一個(gè)電容器 ， b 是固定不動(dòng)的金屬板 ， a 是能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜若聲源 S 發(fā)出頻率 恒定的聲波使 a 振動(dòng) ， 則 a 在振動(dòng)過(guò)程中 ( ) 圖 5 3 2 A a 、 b 板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變 B a 、 b 板所帶的電荷量不變 C 電路中始終有方向不變的電流 D 向右位移最大時(shí) ， 電容器的電容最大 【解析】 a 、 b 始終跟電源相連 ， 電勢(shì)差 U 不變 ， 由于 a 、 b 間距離變化 ， 由 E U d 知場(chǎng)強(qiáng)變化 ， A 錯(cuò)誤由 C S 4 kd 知 d 變化時(shí) C 變化 ， a 向右位移最大 時(shí) ， 電容最大 ， D 正確由 Q CU 知 a 、 b 所帶電荷量變化 ， 電路中電流方向 改變 ， B 、 C 錯(cuò)誤 【答案】 D 壓力傳感器 1 常見(jiàn)壓力傳感器的敏感元件 是金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體力敏電阻 2 半導(dǎo)體力敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小 ， 常將力敏電阻與電流計(jì)串 聯(lián)起來(lái) ， 壓力變化 ， 力敏電阻變化 ， 電 流變化 ， 把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量