第1節(jié)　認(rèn)識傳感器 教學(xué)課件

物理第五章傳感器第1節(jié)認(rèn)識傳感器[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)知識點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，可以方便地進行_______、_______、處理和控制。被測電學(xué)通斷測量傳輸知識點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，把無機或有機化學(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)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)酶傳感器微生物傳感器知識點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直接轉(zhuǎn)換成______________的部分。它們分別完成_______和_______兩個基本功能。敏感元件轉(zhuǎn)換元件被測非電學(xué)量電信號檢測轉(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，常用的計算機鍵盤就是一種傳感器。如圖所示，鍵盤上每一個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，這兩個金屬片組成一個小電容器。當(dāng)鍵被按下時，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出哪個鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號。這種計算機鍵盤使用的是(

)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，作用的壓力不一樣，小金屬片下移的距離不同，兩個極板之間的距離不同，電容就不同，即將壓力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量，所以計算機鍵盤使用的是壓力傳感器，B正確，A、C、D錯誤?！?．(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：自動門的自動控制要求靈敏、可靠，若用溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，在夏季自動門可能做出錯誤動作。自動門實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控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開門。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)很簡單，只是玻璃管內(nèi)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，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，兩個簧片被磁化相互吸引而接通，故B錯誤，C正確；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離干簧管時，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，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計。不稱物體時，滑片P在A端，滑動變阻器接入電路的有效電阻最大，電流最?。环Q物體時，在壓力作用下使滑片P下滑，滑動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，將電流對應(yīng)的重力值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重力值。若滑動變阻器上A、B間距離為L，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、光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器——聲光延時開關(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直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。(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)感知并檢測出待測對象信息壓電傳感器、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)識別和檢測信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識別和檢測信號酶傳感器、組織傳感器、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，再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量，故A、B、D錯誤，C正確?！纠?】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錯誤，D正確。[針對訓(xùn)練1]人類發(fā)射的繞地球運轉(zhuǎn)的所有航天器，在軌道上工作時都需要電能，所需要的電能都是由太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化為電能得到的，要求太陽能電池板總是對準(zhǔn)太陽，為達(dá)到這一要求應(yīng)利用下列哪種傳感器來感知太陽方位(

)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)電流最大時正對太陽，所以應(yīng)用的是光傳感器，B對，A、C、D錯。[針對訓(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，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極。在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，從而使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，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．正對面積變化C．電介質(zhì)變化

D．電壓變化√解析：振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，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(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，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(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基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律。(4)執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)進行工作的過程?！纠?】(多選)為了保證行車安全和乘客身體健康，動車上裝有煙霧報警裝置，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，煙霧濃度增大，導(dǎo)致S兩端的電壓增大，裝置發(fā)出警報。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．若要提高報警靈敏度可增大RD．若要提高報警靈敏度可減小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錯誤?！獭獭纠?】測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(0刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實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D．向左偏到某一刻度后不動√【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)計了判斷小車運動狀態(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，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(

)A．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動[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動，在t1～t2內(nèi)，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運動，A、B錯誤；在t2～t3內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，C錯誤，D正確?！蘙針對訓(xùn)練3]在探究超重和失重規(guī)律時，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作。傳感器和計算機相連，經(jīng)計算機處理后得到壓力F隨時間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。[針對訓(xùn)練4]傳感器