第1節(jié)　認(rèn)識(shí)傳感器 教學(xué)課件

物理第五章傳感器第1節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義。2．了解傳感器的種類，知道傳感器的組成與應(yīng)用模式。01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1神奇的傳感器1．定義：能夠感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_______量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等_______量，或轉(zhuǎn)換為電路的_______的元件。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，可以方便地進(jìn)行_______、_______、處理和控制。被測(cè)電學(xué)通斷測(cè)量傳輸知識(shí)點(diǎn)2傳感器的種類1．物理傳感器：__________________________________________，如______________、______________、______________等物理傳感器。2．化學(xué)傳感器：___________________________________________________________________________，如______________、______________等化學(xué)傳感器。利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成力傳感器磁傳感器聲傳感器利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、離子傳感器氣體傳感器濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)3．生物傳感器：_____________________________________________，如______________、_____________________、細(xì)胞傳感器等生物傳感器。利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)酶?jìng)鞲衅魑⑸飩鞲衅髦R(shí)點(diǎn)3傳感器的組成與應(yīng)用模式1．傳感器的基本部分：傳感器的基本部分一般由______________、______________組成。2．敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)外界_____________________的部分；轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成______________的部分。它們分別完成_______和_______兩個(gè)基本功能。敏感元件轉(zhuǎn)換元件被測(cè)非電學(xué)量電信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換3．傳感器應(yīng)用的一般模式[判一判](1)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。(

)(2)干簧管是一種磁傳感器。(

)(3)傳感器是力、溫度、光、聲、化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要工具。(

)(4)所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的。(

)(5)傳感器擔(dān)負(fù)著采集信息的任務(wù)。(

)√√√×√1．(傳感器的原理和分類)傳感器廣泛應(yīng)用在我們的生產(chǎn)生活中，常用的計(jì)算機(jī)鍵盤就是一種傳感器。如圖所示，鍵盤上每一個(gè)鍵的下面都連有一小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一小的固定金屬片，這兩個(gè)金屬片組成一個(gè)小電容器。當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變化。與之相連的電子線路就能夠檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號(hào)。這種計(jì)算機(jī)鍵盤使用的是(

)A．溫度傳感器 B．壓力傳感器C．磁傳感器

D．光傳感器解析：小金屬片被按下時(shí)，作用的壓力不一樣，小金屬片下移的距離不同，兩個(gè)極板之間的距離不同，電容就不同，即將壓力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量，所以計(jì)算機(jī)鍵盤使用的是壓力傳感器，B正確，A、C、D錯(cuò)誤?！?．(傳感器的原理和分類)辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動(dòng)開或關(guān)，利用的傳感器是(

)A．生物傳感器 B．紅外傳感器C．溫度傳感器

D．壓力傳感器√解析：自動(dòng)門的自動(dòng)控制要求靈敏、可靠，若用溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，在夏季自動(dòng)門可能做出錯(cuò)誤動(dòng)作。自動(dòng)門實(shí)際使用的是紅外傳感器，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(dòng)控制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開門。3．(傳感器的組成與應(yīng)用模式)(多選)電子電路中常用到一種叫作“干簧管”的元件(如圖所示)，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用，操縱開關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見的“手”。關(guān)于干簧管，下列說法正確的是(

)A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C．兩個(gè)磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用√√解析：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化相互吸引而接通，故B錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，軟磁性材料制成的簧片失去磁性，所以兩簧片又分開，因此干簧管在電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用，A錯(cuò)誤，D正確。4．(傳感器的組成與應(yīng)用模式)某種大型電子地磅電路圖如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)。不稱物體時(shí)，滑片P在A端，滑動(dòng)變阻器接入電路的有效電阻最大，電流最小；稱物體時(shí)，在壓力作用下使滑片P下滑，滑動(dòng)變阻器的有效電阻變小，電流變大。這樣把重力值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電流對(duì)應(yīng)的重力值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重力值。若滑動(dòng)變阻器上A、B間距離為L(zhǎng)，最大阻值等于定值電阻的阻值R0，已知兩彈簧的總彈力與形變量成正比，比例系數(shù)為k，則所稱重物的重力G與電流大小I的關(guān)系為(

)√探究一傳感器的原理和分類【問題導(dǎo)引】夜晚，樓道里漆黑一片。但隨著我們的腳步聲響，或者“路見不明一聲吼”，樓道的燈亮了，經(jīng)過后，燈則依次熄滅。這其中的奧妙是什么？提示：在電路中安裝了一種能將聲、光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器——聲光延時(shí)開關(guān)。1．傳感器的核心元件(1)敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測(cè)非電學(xué)量的部分。(2)轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。(3)轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流等。3．分類

工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息壓電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳌⒔M織傳感器、細(xì)胞傳感器等【例1】關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是(

)A．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件B．電學(xué)量→敏感元件→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→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量D．非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量√[解析]傳感器工作的一般流程為：非電學(xué)量被敏感元件感知，然后通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測(cè)量的電學(xué)量，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。【例2】下列關(guān)于物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器的說法，正確的是(

)A．物理傳感器利用材料的某種物理性質(zhì)工作，因而只能用于機(jī)械加工行業(yè)而不能用于化工領(lǐng)域B．化學(xué)傳感器是利用某種化學(xué)反應(yīng)來工作的，因而只能輸出某種化學(xué)物質(zhì)而不能輸出電學(xué)量C．生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度下工作D．生物傳感器由于含有生命物質(zhì)，因而對(duì)使用傳感器的環(huán)境有一定要求√[解析]物理傳感器在化工領(lǐng)域也可以使用，如溫度傳感器等，故A錯(cuò)誤；化學(xué)傳感器一般也是輸出電學(xué)量，如離子傳感器等，故B錯(cuò)誤；生物傳感器能夠使用的前提是傳感器中的生命物質(zhì)保持生物活性，故C錯(cuò)誤，D正確。[針對(duì)訓(xùn)練1]人類發(fā)射的繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的所有航天器，在軌道上工作時(shí)都需要電能，所需要的電能都是由太陽(yáng)能電池把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能得到的，要求太陽(yáng)能電池板總是對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，為達(dá)到這一要求應(yīng)利用下列哪種傳感器來感知太陽(yáng)方位(

)A．力傳感器 B．光傳感器C．溫度傳感器

D．生物傳感器√解析：太陽(yáng)帆的有效采光面積不同，所產(chǎn)生的電流不同，當(dāng)電流最大時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，所以應(yīng)用的是光傳感器，B對(duì)，A、C、D錯(cuò)。[針對(duì)訓(xùn)練2]電容式話筒的示意圖如圖所示，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極。在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的(

)A．距離變化

B．正對(duì)面積變化C．電介質(zhì)變化

D．電壓變化√解析：振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使振動(dòng)膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，故A正確。探究二傳感器的組成與應(yīng)用模式

1．分析思路物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電學(xué)量的器件。我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個(gè)步驟：(1)信息采集。(2)信息加工、放大、傳輸。(3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。2．分析傳感器問題要注意四點(diǎn)(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等。(2)敏感元件分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律。(3)電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律。(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程?！纠?】(多選)為了保證行車安全和乘客身體健康，動(dòng)車上裝有煙霧報(bào)警裝置，其原理如圖所示。M為煙霧傳感器，其阻值RM隨著煙霧濃度的改變而變化，電阻R為可變電阻。車廂內(nèi)有人抽煙時(shí)，煙霧濃度增大，導(dǎo)致S兩端的電壓增大，裝置發(fā)出警報(bào)。下列說法正確的是(

)A．RM隨煙霧濃度的增大而增大B．RM隨煙霧濃度的增大而減小C．若要提高報(bào)警靈敏度可增大RD．若要提高報(bào)警靈敏度可減小R[解析]

S兩端電壓U增大，故傳感器兩端電壓一定減小。當(dāng)有煙霧，使傳感器電阻變化，即RM變小，則有RM隨著煙霧濃度的增大而減小，故A錯(cuò)誤，B正確；R越大，M與R并聯(lián)的電阻R并越接近RM，U增大越明顯，導(dǎo)致S上電壓變化越明顯，故C正確，D錯(cuò)誤?！獭獭纠?】測(cè)定壓力的電容式傳感器如圖所示，將平行板電容器、靈敏電流計(jì)(0刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)(

)A．向右偏到某一刻度后回到0刻度B．向左偏到某一刻度后回到0刻度C．向右偏到某一刻度后不動(dòng)D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)√【例5】壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)[解析]在0～t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻阻值不變，由小球的受力不變可知，小車可能做勻速或勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在t1～t2內(nèi)，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；在t2～t3內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確。√[針對(duì)訓(xùn)練3]在探究超重和失重規(guī)律時(shí)，某體重為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng)作。傳感器和計(jì)算機(jī)相連，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到壓力F隨時(shí)間t變化的圖像，則如圖所示的圖像中可能正確的是(

)√解析：該同學(xué)站在壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng)作過程中，先向下加速，后向下減速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重，D正確。[針對(duì)訓(xùn)練4]傳感器