廣西專版新教材高中物理第5章傳感器1認(rèn)識傳感器課件新人教版選擇性必修第二冊

1、1認(rèn)識傳感器課前基礎(chǔ)認(rèn)知課堂重難突破素養(yǎng)目標(biāo)定位隨 堂 訓(xùn) 練素養(yǎng)目標(biāo)定位目 標(biāo) 素 養(yǎng)1.了解傳感器的定義,感受傳感器的應(yīng)用技術(shù)在信息時代的作用與意義。2.知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義。3.知道傳感器的組成與應(yīng)用模式。知 識 概 覽課前基礎(chǔ)認(rèn)知一、神奇的傳感器1.傳感器的定義。能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。2.非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。二、傳感器的種類1.物理傳感器:利用物質(zhì)的物理特性

2、或物理效應(yīng)制作而成的傳感器,如力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器。2.化學(xué)傳感器:利用電化學(xué)反應(yīng)原理,把無機或有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器,如離子傳感器、氣體傳感器等化學(xué)傳感器。3.生物傳感器:利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器,如酶傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器等生物傳感器。微思考1在門口前面放置一障礙物,會發(fā)現(xiàn)門不停地開關(guān),這是由于在門上裝有什么傳感器?提示:在門口前面放置一障礙物,門不停地開關(guān),說明門口有一個光傳感器。三、傳感器的組成與應(yīng)用模式1.傳感器的組成。(1)傳感器的基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。(2)敏感元件是指能直接感受

3、或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分;轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。它們分別完成檢測和轉(zhuǎn)換兩個基本功能。(3)如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量,它就同時兼為轉(zhuǎn)換元件。例如,熱電偶、壓電晶體等都是這種敏感元件和轉(zhuǎn)換元件二者合一的傳感器。2.信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路。被測非電學(xué)量信號經(jīng)敏感元件和轉(zhuǎn)換元件作用后,所輸出的電信號一般都很微弱,難以帶動執(zhí)行機構(gòu)去實現(xiàn)控制動作,因此要通過信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路把這個電信號放大。如果需要遠(yuǎn)距離傳送,還要把它轉(zhuǎn)換成其他電信號以抵御外界干擾。3.傳感器應(yīng)用的一般模式。 微思考2當(dāng)你走近某些賓館、酒樓的大門時,門會自動為你打開;當(dāng)你走進(jìn)門之后,門又在你身后

4、自動關(guān)上。你覺得這可能是將哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息?提示:自動門的自動控制要求靈敏、可靠,若以溫度控制,人的體溫與夏季氣溫接近,則在夏季自動門將無法使用。自動門實際使用的是紅外線傳感器,紅外線屬于不可見光,人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線,傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動控制裝置的電動機,實現(xiàn)自動開、關(guān)門。課堂重難突破一 傳感器的種類重難歸納1.人的感覺器官與傳感器的類比。2.生活中常見傳感器。 3.分類。 種類工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)感知并檢測出待測對象信息力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等化學(xué)傳感器利用電化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信息離子傳感器、氣體傳感器等生物傳感器利用

5、生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和檢測信號酶傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器等如圖所示的機器人裝有作為眼睛的“傳感器”,猶如大腦的“控制器”,以及可以行走的“執(zhí)行器”,在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉(zhuǎn)彎。該機器人“眼睛”用的是什么傳感器?提示:該傳感器可以作為機器人的眼睛,則說明它應(yīng)是通過感光原理來確定障礙物的,故應(yīng)為光傳感器。典例剖析一臺電風(fēng)扇,只有白天有人接近時,電風(fēng)扇才轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)這一功能所需要的傳感器為()A.聲傳感器和溫度傳感器B.光傳感器和紅外線傳感器C.溫度傳感器和觸發(fā)傳感器D.聲傳感器和觸發(fā)傳感器答案:B解析:白天電風(fēng)扇才轉(zhuǎn)動和光傳感器有關(guān);有人接近時,電風(fēng)扇才轉(zhuǎn)動,與人體向外輻射的

6、紅外線有關(guān),是紅外線傳感器,選項B正確。學(xué)以致用交通警察用來檢測駕駛員酒精含量的檢測器使用的傳感器是()A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.濕度傳感器D.氣體傳感器答案:D二 傳感器的工作原理重難歸納1.傳感器的核心元件。(1)敏感元件:相當(dāng)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(guān)系的易于測量的物理量。(2)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出。(3)信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路:將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量放大或轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量,如電壓、電流等。2.傳感器的工作原理。傳感器感受的通常是非電學(xué)量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度

7、等,而它輸出的通常是電學(xué)量,如電壓、電流、電荷量等,這些輸出信號是非常微弱的,通常要經(jīng)過放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作,傳感器的工作原理如下所示:非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量如圖電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層,再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃,電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極,在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個低電壓交流電場,在觸摸屏幕時,由于人體是導(dǎo)體,手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會形成一個特殊電容(耦合電容),四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點,而電流強弱與手指到電極的距離成正比,位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱,準(zhǔn)確算出觸摸點的位置。由以上信息,思

8、考:(1)電容式觸摸屏的兩個極板分別是什么? (2)手觸摸屏幕如何改變了電容的大小?(3)該傳感器將什么物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?提示:(1)電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個電容器元件的一個極板,把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板。(2)手指和屏的接觸面積大小會影響到電容大小,接觸面積越大,即兩極板的正對面積越大,電容越大。(3)將手指對屏的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴５淅饰鲫P(guān)于傳感器工作的一般流程,下列說法正確的是()A.非電學(xué)量敏感元件信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量轉(zhuǎn)換元件B.電學(xué)量敏感元件信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件非電學(xué)量C.非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量D.非電學(xué)量信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件敏感

9、元件電學(xué)量答案:C 規(guī)律總結(jié)對傳感器的進(jìn)一步理解。(1)不同的傳感器的原理不同,但都是通過敏感元件感受被測非電學(xué)量的。(2)傳感器輸出的可能為電流、電壓、電路通斷等,不一定是電壓。(3)敏感元件只是傳感器的一個關(guān)鍵部分,并不一定就是一個完整的傳感器。學(xué)以致用圖甲為一種家用門磁防盜報警器,由磁條和主機組成,門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖,安裝時,將磁條固定在門框上,主機安裝在與其等高的門板邊緣,門關(guān)上時,兩者剛好靠在一起。當(dāng)主機開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關(guān)說法正確的是()A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān),當(dāng)主機與磁條靠近時,開關(guān)是斷開的B

10、.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調(diào)后,該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的答案:A解析:門關(guān)上時,磁條與主機剛好靠在一起,此時報警器不工作,說明電路是斷開的;當(dāng)主機開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲,說明此時觸發(fā)器內(nèi)開關(guān)是閉合的,選項A正確。觸發(fā)器與磁條之間存在磁力的作用,所以觸發(fā)器不可能是銅制成的,因為銅沒有磁性,選項B錯誤。無論磁條哪個磁極靠近觸發(fā)器,都存在磁力作用,所以兩極對調(diào)后,該報警器仍能正常工作,選項C錯誤。本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點工作的,選項D錯誤。隨 堂 訓(xùn) 練1.傳感器可以進(jìn)行信息采集并把采

11、集到的信息轉(zhuǎn)換為易于控制的量,其工作過程可能是()A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)換成磁學(xué)量B.將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成熱學(xué)量C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成力學(xué)量答案:C解析:傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為控制電路的通斷的一類元件,故只有選項C正確。2.右圖是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜表面鍍有薄薄的金屬層,膜后相距幾十微米處有一金屬板,金屬板和振動膜上的金屬層構(gòu)成電容器的兩極板,在它們之間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發(fā)生變化,導(dǎo)致話筒所在電路中的其他量發(fā)生變

12、化,聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號。導(dǎo)致電容變化的原因可能是電容器()A.兩板間的距離變化B.兩板的正對面積變化C.兩板間的介質(zhì)變化D.兩板間的電壓變化答案:A解析:人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化,引起電容變化,使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號,選項A正確,B、C、D錯誤。3.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機,洗手后將濕手靠近,機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱,有熱空氣從機內(nèi)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:手靠近干手機后,使電容式傳感器的電容改變,干手機內(nèi)的電熱器工作。4.用遙控器

13、調(diào)換電視機頻道的過程,實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程,下列屬于這類傳感器的是()A.紅外報警裝置B.走廊照明燈的聲控開關(guān)C.自動洗衣機中的壓力傳感裝置D.電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器答案:A解析:紅外報警器是當(dāng)有人或物通過時,將紅外線遮住從而使得光信號被遮住,光電效應(yīng)裝置無電流通過,紅外報警器則通過另外的裝置做出一定的動作,是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程,選項A正確。而選項B是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程。選項C是利用壓力來傳遞信息的過程。選項D是通過溫度來控制的過程。5.關(guān)于傳感器,下列說法不正確的是()A.傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置B.壓力傳感器是將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置C.話筒中的傳感器將電信號轉(zhuǎn)化