3.1传感器-3.2温度传感器和光传感器 学案（2020年教科版高中物理选修3-2）

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1、1 传感器传感器 2 温度传感器和光传感器温度传感器和光传感器 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道什么是传感器，知道其将非电信息转换成电信息的意义.2.了解热敏电阻、 敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理 科学思维：通过对含温度传感器、光传感器的电路分析，体会传感器在电路中的作用 科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流展示，感受传感器技术在信息时代的 作用与意义 一、传感器 1定义：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置 2组成：一般由敏感元件和处理电路组成 (1)敏感元件：将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量，形成电信号 (2)处理

2、电路：将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量 3敏感元件的原理 (1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应； (2)化学类：基于化学反应的原理； (3)生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能 二、温度传感器 1分类 (1)热双金属片温度传感器 (2)热电阻传感器 (3)热敏电阻传感器： NTC 型：电阻值随温度升高而减小 PTC 型：电阻值随温度升高而增大 2作用 将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测 量 三、光传感器 1原理：某些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电 信号的转化 2作用

3、：感知光线的变化或场景的变换，使机器作出反应 1判断下列说法的正误 (1)传感器可以把非电学量转化为电学量( ) (2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大( ) (3)干簧管可以感知磁场，接入电路，相当于开关的作用( ) (4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小( ) 2如图 1 所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时， 电流表的读数_(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度_(填“变亮”或“变 暗”) 图 1 答案 变小 变亮 一、传感器 当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？ 答案 人体发出的红外线被传感器接收后传给

4、自动控制装置的电动机，实现自动开关门 1传感器的原理： 2在分析传感器时要明确： (1)核心元件是什么； (2)是怎样将非电学量转化为电学量的； (3)是如何显示或控制开关的 例 1 (2018 扬州市邗江区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是( ) A所有传感器都是由半导体材料制成的 B金属材料也可以制成传感器 C传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D水银温度计是一种传感器 答案 B 解析 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，所以 A 错误；金属材料 也可以制成传感器，所以 B 正确；传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以 C 错误；水银温度计根

5、据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以 D 错误 例 2 如图 2 是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置其中电源电压保持不变，R 是滑 动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通 过观察电压表示数可以了解油量情况若将电压表分别接在 b、c 之间与 c、d 之间，当油量 变化时，电压表的示数如何变化？ 图 2 答案 见解析 解析 把电压表接在 b、c 之间，油量增加时，R 减小，电压表的示数减小；油量减少时，R 增大，电压表的示数增大把电压表接在 c、d 之间，油量增加时，R 减小，电路中电流增大， 则 R两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时

6、，电压表的示数减小 二、温度传感器 如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热 敏电阻 RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央若在 RT 上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 答案 由于酒精蒸发，热敏电阻 RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风 吹向热敏电阻，热敏电阻 RT温度升高，电阻值减小，表针将向右偏 1温度传感器的作用：将温度的变化转换为电学量的变化 2常见的温度传感器 (1)热双金属片温度传感器 原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属

7、片变形，可控 制电路的通断 应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等 (2)热电阻传感器 原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度 t 发生变化时，其电阻值按 RR0(1 t)的规律变化( 为温度系数，R0为 t0 时导体的电阻) 应用：测温度、测流量等 (3)热敏电阻传感器 原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化 应用：测温、温度控制或过热保护等 分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而增大 负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而减小 例 3 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控 制如图 3 所示电路，R1

8、为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C 为电 容器当环境温度降低时( ) 图 3 A电容器 C 的带电荷量增大 B电压表的读数增大 C电容器 C 两极板间的电场强度减小 DR1消耗的功率增大 答案 AB 解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由 I E R总知 I 变小，又 UEIr， 电压表的读数 U 增大，B 正确；又由 P1I2R1可知，R1消耗的功率 P1变小，D 错误；电容 器两极板间的电压 U2UU1，U1IR1，可知 U1变小，U2变大，由场强 EU2 d ，QCU2 可知，Q、E都增大，故 A 正确，C 错误 三、光传感器 如图所示为光电式烟尘

9、浓度计的原理图，请阅读教材，然后简述其工作原理 答案 光源 1 发出的光线经半透半反镜 3，分成两束强度相等的光线一路光线直接到达光 电转换电路 7 上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号另一路光线经反射镜 4 穿过被测烟尘 5 到达光电转换电路 6 上，其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减，烟尘浓度越高，光线 的衰减量越大，到达光电转换电路 6 的光就越弱两路光线分别转换成电压信号 U1、U2，如 果 U1U2，说明被测的光路上没有烟尘；相反，如果 U1、U2相差较大，说明烟尘较大，因 此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度 例 4 (多选)如图 4 所示，R1、R2为定值电阻，L 为小灯泡，R3为

10、光敏电阻，当入射光强度 增大时( ) 图 4 A电压表的示数增大 BR2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大 答案 ABC 解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干 路电流增大，R1两端电压增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电 压减小，A 项正确，D 项错误因路端电压减小，而 R1两端电压增大，故 R2两端电压必减 小，则 R2中电流减小，故 B 项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小 灯泡的功率增大，C 项正确 学科素养 通过例 3、例 4 的分析，进一步熟悉传感器在电路中的作用，了解各种传感器的

11、工作原理，掌握含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤： (1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小 (2)分析整个回路的电阻、电流的增减 (3)分析部分电路的电压、电流如何变化 通过这样的提炼和升华，很好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养 1(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即 亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正 确的是( ) A该传感器能够测量的物理量是位移和温度 B该传感器能够测量的物理量是位移和光强 C该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D该传感器能够

12、测量的物理量是压力和位移 答案 C 解析 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时， 灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音， C 正确 2(光敏电阻的特性)如图 5 所示的电路中，电源两端的电压恒定，L 为小灯泡，R 为光敏电 阻，R 和 L 之间用挡板(未画出)隔开，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且 R 与 LED 间距不变，下列说法中正确的是( ) 图 5 A当滑动触头 P 向左移动时，L 消耗的功率增大 B当滑动触头 P 向左移动时，L 消耗的功率减小 C当滑动触头 P 向右移动时，L 消耗的功率

13、可能不变 D无论怎样移动滑动触头 P，L 消耗的功率都不变 答案 A 解析 滑动触头 P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发 光增强，使光敏电阻 R 的阻值减小，流过灯泡的电流增大，L 消耗的功率增大 3 (热敏电阻的特性)(2018 如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图 6 所示， RM是负温度 系数的热敏电阻，R 是滑动变阻器，某种仪器要求在 15 27 的环境中工作当环境温 度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备下列说法中正确的是( ) 图 6 A环境温度降低，RM的阻值减小 B环境温度升高，Uab变大 C滑片 P 向下移动时，Uab变大 D调节滑片 P 的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度 答案 D 解析 环境温度降低时，RM的阻值变大，A 错误；环境温度升高，RM的阻值减小，Uab变小， B 错误；滑片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C 错误；调节滑片位置能改变降温和升温 设备启动时的临界温度，D 正确.