5.1 揭开传感器的“面纱” 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第第 1 节节 揭开传感器的揭开传感器的“面纱面纱” 学习目标 核心提炼 1.知道什么是传感器，感受传感器的作用和意 义。 1 个概念传感器 3 类传感器物理、 化学、生物传感器 2.知道三类传感器的异同及常见传感器的应用。 3.知道传感器一般结构。 一、什么是传感器 阅读教材第 8687 页，了解传感器的定义和应用。 1.定义：能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的 器件或装置。 2.作用：传感器在自动测量和自动控制系统中担负着信息采集和转化 任务，把非电学量转化为电学量。 思考判断 (1)传感器的作用是将电学量转换为非电学量。( ) (2)白炽灯泡是传感器。( ) (3)监测

2、天气变化的气象卫星用到了传感器。() 二、种类繁多的传感器 阅读教材第 8788 页， 了解三类传感器的异同及传感器的一般结构。 1.常见传感器及特点 常见传 感器 原理 举例 特点 物理传利用物质的物理性质电容传感器、电感 品种多、应用 感器 和物理效应感知并检 测出待测对象信息 传感器、光电传感 器、压电传感器等 广、发展快 化学传 感器 利用化学反应识别和 检测信息 气敏传感器、湿敏 传感器 广泛应用于环 保、火灾报警、 医疗卫生、家 用电器 生物传 感器 利用生物化学反应识 别和检测信息 组织传感器、细胞 传感器、酶传感器 含有生命物 质，专一性好， 易操作、快速、 准确 2.传感器的

3、一般结构 非电 学量 敏感 元件 转换 元件 转换 电路 电学量 思维拓展 有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安 装了传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，就会自 动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？ 答案 这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度 时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用。 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 对传感器的正确理解 要点归纳 1.传感器的认识：传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分 等非电学量(外界信息)，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电 流等电学量，或转换为电路的通断。 2.传感器的

4、组成： 传感器一般由敏感元件、 转换元件和转换电路组成， 有时还需要辅助电源。 3.各组成部分的作用 (1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材 料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 (2)转换元件：传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关 系的非电信号转换成电信号的电子元件。 (3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量(如力、温度、位 移、浓度、速度、酸碱度等)转换成易于测量的电学量(如电压、电流、 电阻等)。 4.传感器的工作流程 非电学量 敏感元件 转换元件 转换电路 电学量 精典示例 例 1 如图 1 所示，是电容式话筒的示

5、意图，它是利用电容制成的传 感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一 金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极。在两极 间加一电压 U，人对着话 筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话 筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的( ) 图 1 A.距离变化 B.正对面积变化 C.电介质变化 D.电压变化 解析 振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生 变化，从而将声音信号转化为电信号，故选项 A 正确。 答案 A 针对训练 1 当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打 开；当你走进门之后，门又在你身后自动关

6、上。你觉得这可能是将下 列哪种外界信息转换为有用的信息( ) A.温度 B.运动 C.人 D.光线 解析 自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温 与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是 红外线传感器， 红外线属于不可见光， 人在白天或黑夜均发出红外线， 传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现 自动开、关门。故选项 D 正确。 答案 D 三类传感器的异同及常见传感器的应用 要点归纳 1.三类传感器的异同 (1)相同点：都能将感受到的非电学量信息转化成电学量，都是利用敏 感元件的某种敏感效应制成的。 (2)不同点：三类传感器的工作原理不同

7、，所利用的敏感元件的敏感效 应不同。生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物 传感器的感受器中含有生命物质。 2.一些常见的传感器的特点及原理 传感器 输入量 输出量 工作原理 光电二极管 光 电压 光电效应 湿敏电阻 湿度 电压(电阻) 感湿材料电阻随湿度 发生变化 话筒 声音 电流 电磁感应 热电偶 温度 电压 热电效应 酒精气体传 感器 酒精气体 电阻 化学反应后引起电阻 变化 精典示例 例 2 关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的下列说法正确的 是( ) A.物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的，因而只能用于机械 加工行业不能用于化工领域 B.化学传感器是利用某种化

8、学反应来工作的，因而只能输出某种化学 物质而不能输出电学量 C.生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作 D.生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一 定要求 解析 不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故 B 错 误； 物理传感器在化工领域也可以使用， 如温度传感器等， 故 A 错误； 生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故 C 错误，D 正确。 答案 D 例 3 如图 2 所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产 生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列 说法正确的是( ) 图 2 A.电吉他是光电传感器

9、B.电吉他是温度传感器 C.电吉他是声音传感器 D.弦改用尼龙材料，原理不变 解析 由电吉他发声原理可知是将声音的变化转变为电流的变化，C 正确，A、B、D 错误。 答案 C 针对训练 2 电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会 在两侧形成电压，且电压大小与压力近似成正比，现有一利用压电效 应制造的电梯加速度传感器， 如图 3 所示。 压电片安装在电梯地板下， 电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发 现电压表示数增大，下列说法正确的是( ) 图 3 A.电梯一定加速上升 B.电梯一定减速下降 C.电梯加速度一定向上 D.电梯加速度一定向下 解析 由题意知， 电压

10、表示数增大， 说明电梯地板对压电片压力增大， 故电梯处于超重状态，加速度一定向上，C 正确，D 错误；但电梯可 能加速上升也可能减速下降，A、B 错误。 答案 C 1.(传感器的理解)下列说法正确的是( ) A.凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器 B.湿敏传感器只能是物理传感器 C.物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出 D.物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应 解析 各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非 电学量转化为电学量，故 A 错误；湿敏传感器为化学传感器，故 B 错 误；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等， 故 C 错误；由物

11、理传感器定义知 D 正确。 答案 D 2.(传感器的应用)有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机， 洗手后将 湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出， 将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( ) A.改变湿度 B.改变温度 C.改变磁场 D.改变电容 解析 根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤 离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器。 手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感 器，由于手的靠近改变了电容大小，故选项 D 正确；用湿度和温度来 驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的 变化工

12、作就成了室内烘干机。选项 A、B、C 错误。 答案 D 3.(传感器的应用)(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品 中，下述关于常用的几种家用电器所采用传感器的说法正确的是 ( ) A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器 B.电子体温计中主要是采用了温度传感器 C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器 D.电子秤中主要是采用了力电传感器 解析 电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以 C 错误，A、 B、D 正确。 答案 ABD 4.(传感器的原理)如图 4 所示是一个电容式传感器， 在金属线 a 的外面 涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a 与导电液 体就是该电容器的两极。今使该电容器充电后与电源断开，并将 a 与 静电计的导体球相连，插入导电液体中的 b 与静电计外壳相连，则当 导电液体深度 h 变大时( ) 图 4 A.引起两极间正对面积变大 B.电容器的电容将变小 C.电容器两极间的电压将变大 D.以上说法都不正确 解析 当导电液体深度 h 变大时，相当于电容器的两极间的正对面积 变大，由 C rS 4kd知，电容 C 变大，而电容器充电后与电源断开，所 以电容器所带电荷量 Q 不变，由 UQ C知，电容器两极间的电压将变 小，故 A 正确。 答案 A