第一节 认识传感器
第二节 传感器的原理
[学习目标] 1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转化成电学量的技术意义.2.知道常见敏感元件的工作原理.3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性．
一、传感器及传感器的分类
[导学探究] (1)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？ (2)你知道小轿车上都有哪些传感器吗？
答案 (1)人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门． (2)有速度、转速传感器、温度传感器、加速度传感器等．
[知识梳理] (1)传感器是把非电学量变化转换为电学量变化的一种元件．认识传感器就是明确传感器如何“感受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等． (2)传感器的组成：一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成．(如图1所示，以话筒为例)
图1
(3)传感器的分类
①按被测量进行划分，可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等．
②按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等．
③按能量传递方式进行划分，可分为有源传感器和无源传感器两大类． [即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)所有传感器都是由半导体材料制成的．( ) (2)传感器不能感知气味．( )
(3)传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．( ) (4)金属材料也可以制成传感器．( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ 二、温度传感器的原理
[导学探究] 如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将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？
图2
答案 由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；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，指针将向右偏． [知识梳理] (1)温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置．
(2)热敏电阻：用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻． ①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．
②负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小． [即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)热敏电阻是将温度的高低这一热学量转化为电阻这一电学量．( ) (2)利用温度传感器可测较低或较高的温度．( ) (3)利用温度传感器可以实现温度自动控制．( )
(4)电饭煲蒸米饭，是根据蒸米饭的经验时间，来设计固定的蒸饭时间．( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)×
2
三、光电传感器的原理 [导学探究] 如图3所示
图3
(1)有光照射和无光照射时，光敏电阻ROS的阻值有何不同？ (2)改变光的照射强度，光敏电阻ROS的阻值有何变化？
答案 (1)无光照射时，光敏电阻ROS电阻较大，电流表读数较小；有光照射时，光敏电阻
ROS电阻较小，电流表读数较大．
(2)ROS电阻随光照的增强而减小． [知识梳理]
1．光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器． 2．光敏电阻一般由半导体材料制成，其特点为光照越强，电阻越小． [即学即用] 判断下列说法的正误．
(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小．( ) (2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动．( )
(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化．( ) 答案 (1)√ (2)× (3)×
一、传感器的理解 1．传感器的原理：
传感器
非电学量→?敏感元件、转换器件、→电学量
转换电路?
2．在分析传感器时要明确：
3
(1)核心元件是什么；
(2)是怎样将非电学量转化为电学量； (3)是如何显示或控制开关的．
例1 如图4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4
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，电压表的示数减小． 二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用
例2 (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5所示电路，R1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5
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两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大 答案 AB
4
解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝
2
E知I变小，又U＝E－Ir，R总
电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝IR1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误．
例3 (多选)如图6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )
U2
d
图6
A．电压表的示数增大 B．R2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，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，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．
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(或光线强弱)是增大还是减小． (2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减． (3)分析部分电路的电压、电流如何变化.
1．关于传感器，下列说法正确的是 ( )
5
2017-2024高中物理 第三章 传感器 第一节 认识传感器 第二节 传感器的原理学案 粤教版选修
