1.相識(shí)傳感器2.常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用素養(yǎng)目標(biāo)1.知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義．(物理觀念)2．了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用．(物理觀念)3．深化相識(shí)物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代生活和科技發(fā)展的促進(jìn)作用．(科學(xué)看法與責(zé)任)必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、奇妙的傳感器1．樓道燈自動(dòng)開(kāi)啟：這個(gè)開(kāi)關(guān)會(huì)感知環(huán)境的________和聲音的________．只有環(huán)境的亮度________某一數(shù)值，同時(shí)聲強(qiáng)________某一數(shù)值時(shí)．聲控—光控開(kāi)關(guān)才會(huì)接通，燈才會(huì)亮．2．自動(dòng)門：有的自動(dòng)門裝有一種裝置，當(dāng)人走近時(shí)，可以檢測(cè)出人體向外輻射的________，從而發(fā)出訪自動(dòng)門開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的吩咐．這種裝置就是________________．3．便攜式酒精檢測(cè)儀：司機(jī)對(duì)著“便攜式酒精檢測(cè)儀”呼氣，檢測(cè)儀就會(huì)顯示呼出氣體中的酒精濃度，這是因?yàn)闄z測(cè)儀上裝有“______________”，它能感知乙醇的________．4．傳感器：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們依據(jù)肯定的________轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出．通常轉(zhuǎn)換成的可用信號(hào)是________、________等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為_(kāi)___________．把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很便利地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和限制．二、傳感器的種類1．傳感器的種類：____________、____________、____________等物理傳感器．2．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________、________等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)．3．生物活性物質(zhì)：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)，如________________、________________、細(xì)胞傳感器等生物傳感器．三、傳感器的組成與應(yīng)用模式1．敏感元件：是指能干脆感受或響應(yīng)外界被測(cè)________________的部分．2．轉(zhuǎn)換元件：是指能將敏感元件輸出的信號(hào)干脆轉(zhuǎn)換成________的部分．敏感元件和轉(zhuǎn)換元件分別完成________和________兩個(gè)基本功能．四、光敏電阻把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻1．特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻________．2．緣由：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________，載流子增多，導(dǎo)電性________．3．作用：把________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．五、金屬熱電阻和熱敏電阻把溫度轉(zhuǎn)換為電阻1．熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變更特別明顯，溫度上升電阻________，如圖甲所示為某一熱敏電阻的電阻隨溫度變更的特性曲線．2．金屬熱電阻金屬的電阻率隨溫度的上升而________，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻，如圖乙所示為某金屬導(dǎo)線電阻的溫度特性曲線．3．熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)分—熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻隨溫度的變更而變更且特別明顯電阻率隨溫度的上升而增大制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大作用能夠?qū)囟冗@個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量4．留意：在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器．六、電阻應(yīng)變片1．電阻應(yīng)變片的作用：電阻應(yīng)變片能夠把物體______這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_______這個(gè)電學(xué)量．2．電子秤的組成及敏感元件：由________和________組成，敏感元件是________．3．電子秤的工作原理金屬梁自由端受力F?金屬梁發(fā)生彎曲?應(yīng)變片的電阻變化?走進(jìn)生活火災(zāi)探測(cè)器的核心元件為光敏傳感器，當(dāng)煙霧在空氣中的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，可以觸發(fā)報(bào)警，并對(duì)外發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)．此時(shí)傳感器是將什么量進(jìn)行轉(zhuǎn)化的？關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究一對(duì)傳感器的相識(shí)核心歸納1.傳感器的工作流程非電學(xué)量2．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)換元件是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測(cè)物理量成肯定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件．(3)轉(zhuǎn)換電路是將轉(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．應(yīng)用體驗(yàn)例1.全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車平安行駛和駕駛員平安的舉措之一，為仿照汽車油表原理，某同學(xué)自制一種測(cè)定油箱油量多少或變更多少的裝置．如圖所示，其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．該同學(xué)在裝置中運(yùn)用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫出)，通過(guò)視察電壓表示數(shù)，可以了解油量狀況，你認(rèn)為電壓表應(yīng)當(dāng)接在圖中的________兩點(diǎn)之間，依據(jù)你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量削減時(shí)，電壓表的示數(shù)將________(選填“增大”或“減小”)．[試解]針對(duì)訓(xùn)練1.下列關(guān)于傳感器工作的一般流程，正確的是()A．非電信息→敏感元件→處理電路→電信息B．電信息→處理電路→敏感元件→非電信息C．非電信息→敏感元件→電信息→處理電路D．非電信息→處理電路→敏感元件→電信息2．(多選)有一種測(cè)量人體重的電子秤，其結(jié)構(gòu)如圖中虛線內(nèi)所示，主要由踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變更的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是志向電流表)三部分構(gòu)成，已知踏板的質(zhì)量可忽視不計(jì)，重力加速度g取10m/s2，志向電流表的量程為0～3A，電源電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻為2Ω，電阻R隨壓力變更的函數(shù)式為R＝30－0.02F(F和R的單位分別是N和Ω)．下列說(shuō)法正確的是()A．該秤能測(cè)量的最大體重是140kgB．該秤能測(cè)量的最大體重是130kgC．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤上0.375A處D．.該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤上0.400A處探究二對(duì)敏感元件的相識(shí)核心歸納1.光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理(1)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度上升時(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)電實(shí)力明顯增加．(2)光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的．它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越?。軌虬压庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．2．熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)(1)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成．(2)金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度上升而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻．(3)熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)分分類熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，電阻率隨溫度的上升而減小電阻率隨溫度的上升而增大R-T圖像(負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻)制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)電原理自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動(dòng)優(yōu)點(diǎn)靈敏度較好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差作用將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量3.霍爾元件的工作原理與特點(diǎn)(1)霍爾元件的工作原理：E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)．(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力二力平衡．(3)霍爾電壓：UH＝kIBd(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù))．當(dāng)電流I肯定時(shí)，UH應(yīng)用體驗(yàn)題型1光敏電阻的特性與應(yīng)用例2.(多選)如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖(光照耀到光敏電阻上時(shí)，電阻減小)，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()A．當(dāng)有光照耀R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當(dāng)有光照耀R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次[試解]題型2熱敏電阻的特性與應(yīng)用例3.新冠肺炎疫情期間，額溫槍被大量應(yīng)用于排查高溫患者．額溫槍的原理是通過(guò)傳感器接收紅外線得出感應(yīng)溫度數(shù)據(jù)．某同學(xué)在試驗(yàn)室中用圖甲所示電路驗(yàn)證額溫槍測(cè)量溫度的精確性，已知電源電動(dòng)勢(shì)E＝1.5V，內(nèi)阻忽視不計(jì)，R0＝15Ω，熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系如圖乙所示，則：(1)溫度越高時(shí)，電壓表示數(shù)________(選填“越大”或“越小”)；(2)閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)覺(jué)電壓表示數(shù)為0.45V，則熱敏電阻此時(shí)的溫度為_(kāi)_______℃(保留1位小數(shù))．[試解]視野拓展·電容式傳感器例4.電容器是一種常用的電學(xué)元件，在電工、電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用．有關(guān)電容式傳感器在生活中的應(yīng)用，以下說(shuō)法正確的是()A．甲圖中，當(dāng)振動(dòng)膜片向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻R中的電流方向自右向左B．乙圖中，力F增大的過(guò)程中，電流計(jì)中的電流從a流向bC．丙圖中，油箱液位上升時(shí)，電容變小D．丁圖中，當(dāng)傳感器由靜止突然向左加速時(shí)，電容器處于充電狀態(tài)[試解]針對(duì)訓(xùn)練3.在信息技術(shù)高速發(fā)展、電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今日，擔(dān)負(fù)著信息采集任務(wù)的傳感器在自動(dòng)限制、信息處理技術(shù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，其中熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的元件．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表探討熱敏電阻特性的試驗(yàn)時(shí)，安裝好如圖所示裝置．向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)的示數(shù)為60℃，發(fā)覺(jué)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說(shuō)法正確的是()A．應(yīng)選用電流擋，溫度上升換用大量程測(cè)量B．應(yīng)選用電流擋，溫度上升換用小量程測(cè)量C．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率大的擋D．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率小的擋4．(多選)目前智能手機(jī)普遍采納了電容觸摸屏．因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，如圖所示，當(dāng)用戶手指觸摸電容觸摸屏?xí)r，手指和工作面形成一個(gè)電容器，限制器可精確確定手指位置．對(duì)于電容觸摸屏，下列說(shuō)法正確的是()A.電容觸摸屏只須要觸摸，不須要壓力即能產(chǎn)生位置信號(hào)B．運(yùn)用絕緣筆在電容觸摸屏上也能進(jìn)行觸控操作C．手指靠近觸摸屏?xí)r，由于手指與屏的夾層工作面距離變小，電容變小D．手指與屏的接觸面積變大時(shí)，電容變大隨堂演練·達(dá)標(biāo)自測(cè)——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.許多汽車的車窗有防夾手功能．車窗在關(guān)閉過(guò)程中遇到障礙時(shí)會(huì)停止關(guān)閉并打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)該功能可能運(yùn)用的傳感器是()A．生物傳感器B．氣體傳感器C．溫度傳感器D．壓力傳感器2．(多選)某磁敏電阻的阻值R隨外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B變更圖線如圖甲所示．學(xué)習(xí)小組運(yùn)用該磁敏電阻設(shè)計(jì)了愛(ài)護(hù)負(fù)載的電路如圖乙所示，U為直流電壓，下列說(shuō)法正確的有()A．增大電壓U，負(fù)載電流不變B．增大電壓U，電路的總功率變大C．抽去線圈鐵芯，磁敏電阻的阻值變小D．抽去線圈鐵芯，負(fù)載兩端電壓變小3．(多選)如圖所示是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，假如感溫鐵氧體的“居里溫度”為103℃，下列說(shuō)法正確的是()A．常溫下感溫鐵氧體具有較強(qiáng)的磁性B．當(dāng)溫度超過(guò)103℃時(shí)，感溫鐵氧體的磁性較強(qiáng)C．飯熟后，水分被大米汲取，鍋底的溫度會(huì)超過(guò)103℃，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不行能達(dá)到103℃，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起4.霍爾元件是一種磁傳感器，是實(shí)際生活中的重要元件之一．如圖所示為長(zhǎng)度肯定的霍爾元件，在該元件中通有方向從E到F的恒定電流I，在空間加一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，霍爾元件中的載流子為負(fù)電荷．則下列說(shuō)法正確的是()A．該元件能把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量B．左表面的電勢(shì)高于右表面C．假如用該元件測(cè)赤道處的磁場(chǎng)，應(yīng)保持元件上表面呈水平狀態(tài)D．假如霍爾元件中的電流大小不變，則左、右表面的電勢(shì)差與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比5．電磁繼電器在各種自動(dòng)扮裝置中有許多應(yīng)用，街道路燈自動(dòng)限制就是其應(yīng)用之一．模擬電路如圖所示，其中A為電磁繼電器，B為照明電路，C為路燈，D為光敏電阻(白天光照強(qiáng)時(shí)，電阻變??；夜晚光照弱時(shí)，電阻變得很大)．請(qǐng)你將電路連接完整，達(dá)到白天燈熄、夜晚燈亮的效果．(連線時(shí)導(dǎo)線不能交叉)第五章傳感器1．相識(shí)傳感器2.常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用必備學(xué)問(wèn)·自主學(xué)習(xí)一、1．明暗強(qiáng)弱低于高于2．紅外線紅外線傳感器3．乙醇傳感器濃度4．規(guī)律電壓電流電路的通斷二、1．力傳感器磁傳感器聲傳感器2．成分濃度3．酶?jìng)鞲衅魑⑸飩鞲衅魅?．非電學(xué)量2．電信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換四、1．越小2．差增加變好3．光照強(qiáng)弱電阻五、1．減小2．增大六、1．形變電阻2．金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片走進(jìn)生活提示：傳感器是將煙霧產(chǎn)生的光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電路的電學(xué)量，使電路接通，從而對(duì)外發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究一應(yīng)用體驗(yàn)[例1]解析：由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變更時(shí)，R的金屬滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起R兩端電壓的變更，且當(dāng)R′?R時(shí)，UR＝IR可視為UR與R成正比，所以電壓表應(yīng)接在b、c兩點(diǎn)之間，當(dāng)油量削減時(shí)，浮標(biāo)下移，右端接入滑動(dòng)變阻器的電阻變大，電壓表示數(shù)將增大．答案：b、c增大針對(duì)訓(xùn)練1．解析：傳感器一般是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，傳感器工作的一般流程：由非電學(xué)量，如光照、溫度等，經(jīng)過(guò)敏感元件后，由處理電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，A正確．答案：A2．解析：當(dāng)電路中的電流I＝3A時(shí)，電子秤測(cè)量的體重最大，由閉合電路歐姆定律可得I＝ER+r，整理得R＝EI－r＝2Ω，代入R＝30－0.02F可得壓力F＝1400N，而F＝mg，則該秤能測(cè)量的最大體重是140kg，A正確，B錯(cuò)誤；踏板空載時(shí)F＝0，代入R＝30－0.02F得到電阻R＝30Ω，由閉合電路歐姆定律得I＝答案：AC探究二應(yīng)用體驗(yàn)[例2]解析：當(dāng)沒(méi)有物品攔住由A射出的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻阻值小，由分壓規(guī)律知供應(yīng)信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓高；當(dāng)有物品攔住由A射出的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值大，供應(yīng)信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓低并計(jì)數(shù)一次，這種凹凸交替變更的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)的處理，就會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能，故B、C正確．答案：BC[例3]解析：(1)分析圖甲可知熱敏電阻R與R0串聯(lián)，電壓表測(cè)R0兩端的電壓U0，當(dāng)被測(cè)物體溫度越高時(shí)，由圖乙可知，熱敏電阻的阻值越小，電路中電流I0越大，依據(jù)U0＝I0R0可知U0越大．(2)當(dāng)電壓表示數(shù)為U′＝0.45V時(shí)，依據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知通過(guò)R的電流I＝I′＝U'R0熱敏電阻R兩端電壓U＝E－U′＝1.5V－0.45V＝1.05V則R的阻值R＝UI＝1.05答案：(1)越大(2)40.0[例4]解析：振動(dòng)膜片向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器兩極板間的距離變大，由C＝εrS4πkd可知，電容器的電容減小，由C＝QU可知，U不變，C減小，則Q減小，電容器放電，電阻R中的電流方向自左向右，A錯(cuò)誤；乙圖中，力F增大的過(guò)程中，電容器兩極板間的距離減小，電容變大，由C＝QU可知，U不變，Q變大，電容器充電，電流計(jì)中的電流從b流向a，B錯(cuò)誤；丙圖中，油箱液位上升時(shí)，相當(dāng)于電容器兩極板間充入介質(zhì)，電容變大，C錯(cuò)誤；丁圖中，當(dāng)傳感器由靜止突然向左加速時(shí)，電介質(zhì)相對(duì)電容器向右運(yùn)動(dòng)，電容變大，由C答案：D針對(duì)訓(xùn)練3．解析：多用電表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源，故不能選用電流擋，A、B錯(cuò)誤；當(dāng)溫度上升時(shí)多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說(shuō)明熱敏電阻的阻值變小了，應(yīng)當(dāng)換用歐姆擋倍率小的擋，C錯(cuò)誤，D正確．答案：D4．解析：由題意可知當(dāng)用戶手指觸摸電容觸摸屏?xí)r，手指和工作面形成一個(gè)電容器，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號(hào)，電流通過(guò)這個(gè)電容器分別從屏的四個(gè)角上的電極中流出，且流經(jīng)四個(gè)電極的電流