物理觀念(1)感受傳感器，知道傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的器件或裝置。(2)了解光敏電組、金屬熱電組、熱敏電阻和電阻應(yīng)變片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作傳感器的敏感元件。續(xù)表科學(xué)思維(1)能嘗試將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象與過(guò)程轉(zhuǎn)換成物理模型。(2)能分析傳感器中非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的原理?？茖W(xué)探究探究傳感器的工作原理及傳感器在應(yīng)用中的一般模式?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)體會(huì)傳感器在某些方面可以代替甚至超過(guò)人類對(duì)自然的感知，能夠改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)、生活方式。(2)認(rèn)同物理的技術(shù)應(yīng)用應(yīng)考慮道德與規(guī)范的要求，能認(rèn)識(shí)傳感技術(shù)應(yīng)用與人類社會(huì)發(fā)展的關(guān)系。一、認(rèn)識(shí)傳感器1．填一填(1)神奇的傳感器①干簧管是一種能夠感知______的傳感器。②樓道燈白天不亮，晚上有聲音時(shí)亮，是因?yàn)闃堑赖臒舭惭b了“聲控—光控”開關(guān)。③一些賓館安裝了自動(dòng)門，當(dāng)有人走近時(shí)，門會(huì)自動(dòng)打開，是因?yàn)樽詣?dòng)門安裝了_______傳感器。磁場(chǎng)紅外線④交通警察在檢查司機(jī)是否酒后開車時(shí)，用的是“便攜式酒精檢測(cè)儀”，上面安裝了______傳感器。⑤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(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于_____和處理的如電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的裝置。⑥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(cè)量、傳輸、處理和控制。乙醇傳送(2)傳感器的種類①物理傳感器：利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)制作而成的傳感器，如力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等。②化學(xué)傳感器：利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，如離子傳感器、氣體傳感器等。③生物傳感器：利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。如酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、?xì)胞傳感器等。(3)傳感器的組成與應(yīng)用模式①傳感器的基本部分組成a．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。b．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。②傳感器應(yīng)用的一般模式2．判一判(1)傳感器是用來(lái)采集信息的裝置。

()(2)傳感器可以將所有感受到的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。

()(3)“酒精檢測(cè)儀”是屬于化學(xué)傳感器。

()√×√二、常見傳感器的工作原理及應(yīng)用1．填一填(1)光敏電阻①特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻_____。②原因：光敏電阻的構(gòu)成物質(zhì)為半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能___；隨著光照的增強(qiáng)，載流子_____，導(dǎo)電性_____。③作用：把________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個(gè)電學(xué)量。越小差增多變好光照強(qiáng)弱電阻(2)金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作_____傳感器，稱為熱電阻，如圖所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線。(3)熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻值隨溫度的變化非常_____，如圖所示為某一熱敏電阻的電阻值隨溫度變化的特性曲線。溫度明顯(4)電阻應(yīng)變片①定義：其電阻隨著它所受_________的變化而發(fā)生變化的力敏元件。②分類：金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片。③力傳感器：由_______和電阻應(yīng)變片組成，是電子秤中所使用的測(cè)力器件。④電容式傳感器：通過(guò)測(cè)定電容器的電容來(lái)確定極板的正對(duì)面積、極板間的距離以及極板間的電介質(zhì)中某個(gè)物理量變化的傳感器。機(jī)械形變金屬梁2．判一判(1)光敏電阻隨著光照的逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)電性逐漸變好。

()(2)熱敏電阻能夠把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可用于快速測(cè)溫。

()(3)金屬熱電阻和熱敏電阻在溫度升高時(shí)電阻值都變大。

()√√×探究(一)傳感器的工作原理

[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]干簧管結(jié)構(gòu)如圖甲所示，它是在玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙所示電路，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)。(1)觀察到什么現(xiàn)象？(2)干簧管的原理是什么？提示：(1)磁鐵靠近干簧管時(shí)，燈泡就會(huì)發(fā)光；把磁鐵移走，燈泡熄滅。(2)干簧管的兩個(gè)簧片在外加磁場(chǎng)的作用下被磁化成相反磁性的磁極而連通，沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)兩簧片失去磁性而分開。[重難釋解]1．傳感器的組成和工作流程(1)傳感器的組成。①敏感元件：相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。②轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件。③轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等電學(xué)量或電路的通斷等。(2)傳感器的工作流程。2．傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等。這些輸出的信號(hào)是非常微弱的，通常需要經(jīng)過(guò)放大后，再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。3．傳感器的作用能像人的感覺(jué)器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求，把這些信息轉(zhuǎn)換成可用的輸出信息的器件和裝置，叫作傳感器。傳感器是各種測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)的“感覺(jué)器官”。4．分類(1)按傳感器所測(cè)量物理量分為：位移、力、速度、溫度、流量、氣體成分等傳感器。(2)按傳感器工作原理分為：壓電、電容、電感、磁電、光電、熱電等傳感器。分析傳感器時(shí)要明確的問(wèn)題(1)核心元件是什么。(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的。(3)是如何顯示或控制開關(guān)的。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說(shuō)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：非電學(xué)量敏感元件

轉(zhuǎn)換元件

電學(xué)量，因此A、B、D錯(cuò)，C對(duì)答案：C2．關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的D．以上說(shuō)法都不正確解析：大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料做成的，某些金屬也可以做傳感器，如金屬熱電阻。傳感器將非電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電學(xué)信號(hào)”。故只有B正確。答案：B探究(二)電阻式傳感器的應(yīng)用分析[重難釋解]1．電阻式傳感器性能比較項(xiàng)目

熱敏電阻金屬熱電阻光敏電阻電阻應(yīng)變片特點(diǎn)正溫度系數(shù)的熱敏電阻，隨溫度升高電阻變大；負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，隨溫度升高電阻減小電阻率隨溫度的升高而增加在強(qiáng)光下電阻小，在暗光下電阻大受到拉力時(shí)，電阻變大；受到壓力時(shí)，電阻變小敏感材料半導(dǎo)體金屬把硫化鎘涂敷在絕緣板上，其表面鍍銀金屬材料續(xù)表2．熱敏電阻和金屬熱電阻隨溫度變化的特點(diǎn)(1)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖①所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線。(2)金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，如圖②所示，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器。含傳感器的電路動(dòng)態(tài)分析的四點(diǎn)注意(1)如果涉及光敏電阻，必須明確光照情況怎樣變化，從而判斷出其阻值的變化。(2)如果涉及熱敏電阻，必須明確是正溫度系數(shù)還是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻及溫度變化情況，從而判斷其阻值的變化。(3)如果是其他元件引起的電路變化可具體問(wèn)題具體分析。(4)結(jié)合電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及局部阻值的變化，根據(jù)閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關(guān)物理量的變化。解析：熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變化，故A正確，B錯(cuò)誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯(cuò)誤。答案：AC探究(三)傳感器的應(yīng)用[重難釋解]1．傳感器的應(yīng)用步驟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(guò)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(wèn)題要注意三點(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)輸出信號(hào)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)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律?；魻栯妱?shì)高低的判斷方法(1)由左手定則判斷帶電粒子的受力方向，如果帶電粒子是正電荷，則拇指所指的面為高電勢(shì)面；如果是負(fù)電荷，則拇指所指的面為低電勢(shì)面，但無(wú)論是正電荷還是負(fù)電荷，四指指的都是電流方向，即正電荷定向移動(dòng)的方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向。(2)在判斷電勢(shì)高低時(shí)一定要注意載流子是正電荷還是負(fù)電荷。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上下表面的電勢(shì)有什么關(guān)系

(

)A．φM>φN

B．φM＝φNC．φM<φN

D．無(wú)法判斷解析：霍爾效應(yīng)形成的原因是帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，做定向移動(dòng)形成的，根據(jù)左手定則，金屬導(dǎo)體中自由電子受到向下的洛倫茲力作用，向N板運(yùn)動(dòng)，則M板剩下正電荷，所以φM＞φN。答案：A一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維1．用光敏電阻制成的光敏傳感器有許多用處。例如，一種簡(jiǎn)易的監(jiān)測(cè)水中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測(cè)器就利用了光敏電阻的特點(diǎn)(圖1)。被污染的水中常含有懸浮的顆粒，它們會(huì)影響光的通過(guò)。當(dāng)光穿過(guò)水照到光敏電阻上時(shí)，到達(dá)光敏電阻的光量與水的污染程度有關(guān)(圖2)。當(dāng)水污染嚴(yán)重時(shí)，光敏電阻受光量很小，電阻很大，指示燈不亮；當(dāng)水污染不嚴(yán)重時(shí)，光敏電阻的受光量大，電阻小，指示燈變亮。

(1)嚴(yán)重污染時(shí)，光敏電阻是高電阻還是低電阻？(2)該監(jiān)測(cè)器的使用受白天和晚上的影響嗎？提示：(1)高電阻。(2)因自然光強(qiáng)弱不同，或多或少對(duì)光敏電阻的阻值產(chǎn)生影響。解析：由題意結(jié)合題圖可知，白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)斷開，夜晚無(wú)光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合，故A錯(cuò)誤，B正確；由題意可知，有人走動(dòng)或發(fā)出聲音時(shí)，聲音傳感器自動(dòng)閉合，無(wú)人走動(dòng)或沒(méi)有聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)斷開，故C正確，D錯(cuò)誤。答案：BC解析