人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE25.1認(rèn)識(shí)傳感器5.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解傳感器的定義，感受傳感器的應(yīng)用技術(shù)在信息時(shí)代的作用與意義。2.知道常見(jiàn)傳感器的作用，會(huì)分析其工作原理。知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義。3.了解光敏電阻工作原理及作用。了解熱敏電阻和金屬熱電阻工作原理及作用。了解電阻應(yīng)變片在電子秤上的應(yīng)用。了解電容在傳感器中應(yīng)用。〖自主預(yù)習(xí)探新知〗一、神奇的傳感器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)出使自動(dòng)門開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的命令。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，并能把它們按照一定的轉(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。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。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)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：是指能直接感受或響應(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)直接轉(zhuǎn)換成的部分。它們分別完成和兩個(gè)基本功能。四、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，載流子增多，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。五、熱敏電阻和金屬熱電阻1．熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻，如圖甲所示為某一熱敏電阻的電阻隨溫度變化的特性曲線。甲乙2．金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而，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)別熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻隨溫度的變化而變化且非常明顯電阻率隨溫度的升高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.注意：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、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1．組成及敏感元件：由和組成，敏感元件是。2．工作原理：3．作用：應(yīng)變片將物體這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量。〖基礎(chǔ)自測(cè)〗1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。 ()(2)所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的。 ()(3)傳感器可以將所有感受到的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。 ()(4)隨著光照的增強(qiáng)，光敏電阻的電阻值逐漸增大。 ()(5)只有熱敏電阻才能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。 ()(6)干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的。 ()(7)電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。 ()2．(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以()A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量3．關(guān)于傳感器及其作用，下列說(shuō)法正確的是()A．傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量B．傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷C．傳感器把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量是為了方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制D．電磁感應(yīng)是把磁學(xué)的量轉(zhuǎn)換為電學(xué)的量，所以電磁感應(yīng)也是傳感器4.(多選)利用半導(dǎo)體材料可以制成()A．標(biāo)準(zhǔn)電阻 B．熱敏電阻C．光敏電阻 D．溫度報(bào)警器5．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖所示的裝置。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)谋堵剩x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)現(xiàn)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．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測(cè)量B．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測(cè)量C．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率大的擋D．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率小的擋〖合作探究攻重難〗考點(diǎn)一、傳感器的原理和分類〖情境引入〗為解決樓道里的照明問(wèn)題，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路連接。當(dāng)樓道內(nèi)有人走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即與電源接通而發(fā)光，這種傳感器是什么傳感器，它的輸入、輸出信號(hào)各是什么？1．傳感器的核心元件(1)敏感元件：相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，直接感受被測(cè)量，并將其變換成與被測(cè)量成一定關(guān)系的易于測(cè)量的物理量，如溫度、位移等。(2)轉(zhuǎn)換元件：也稱為傳感元件，通常不直接感受被測(cè)量，而是將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出。(3)轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流等。2．傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過(guò)放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器的工作原理如下所示：eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換器件)→eq\x(轉(zhuǎn)換電路)→eq\x(電學(xué)量)3．分類工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息壓電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳌⒔M織傳感器、細(xì)胞傳感器等〖例1〗全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一，為模仿汽車油表原理，某同學(xué)自制一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置。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)在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫出)，通過(guò)觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將(選填“增大”或“減小”)。〖規(guī)律方法〗傳感器問(wèn)題的分析思路不同類型的傳感器，其工作原理一般不同，但所有的傳感器都是把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化。因此我們可以根據(jù)電學(xué)量的變化來(lái)推測(cè)相關(guān)量的變化。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗1.壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是()A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)二、常見(jiàn)傳感器〖情境引入〗聲控?zé)粲幸环N有趣的現(xiàn)象，那就是光線充足時(shí)，任你發(fā)出多大的聲音都不亮；但在黑夜，輕輕一聲它就發(fā)出亮光，這是為什么呢？1．生活中的傳感器(1)與溫度控制相關(guān)的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器。(2)紅外傳感器：自動(dòng)門、家電遙控器、生命探測(cè)器、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等。(3)照相機(jī)中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等。2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動(dòng)供水或停水。(2)溫度傳感器和濕度傳感器：可對(duì)上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測(cè)。由于有了十分先進(jìn)可靠的測(cè)試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象。3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)生產(chǎn)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化。用機(jī)器人、自動(dòng)化小車、自動(dòng)機(jī)床、各種自動(dòng)生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。各種傳感器使生產(chǎn)的自動(dòng)運(yùn)行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等。(2)在數(shù)控機(jī)床中的位移測(cè)量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的精密加工。4．飛向太空的傳感器在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用得較早，也應(yīng)用得較多，在運(yùn)載火箭、載人飛船中，都應(yīng)用了大量的傳感器供遙測(cè)和遙控系統(tǒng)使用。這些傳感器對(duì)控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用。在載人飛船中還使用一類測(cè)量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測(cè)量血壓、心電圖、體溫等。考點(diǎn)三、敏感元件的認(rèn)識(shí)與使用〖情境引入〗某興趣小組為了研究電子溫控裝置，將熱敏電阻R1(負(fù)溫度系數(shù))、定值電阻R2以及電壓表和電流表連入如圖所示的電路中，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。(1)閉合開(kāi)關(guān)S后，溫度升高時(shí)，電流表的示數(shù)如何變化？(2)閉合開(kāi)關(guān)S后，溫度降低時(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化？1．光敏電阻的導(dǎo)電特性光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(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)電性能明顯增強(qiáng)。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，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。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好。〖特別提醒〗按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小。〖例2〗傳感器已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中，下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法正確的是()A．火警報(bào)警器使用了壓力傳感器B．冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器C．商場(chǎng)里的自動(dòng)門使用了光傳感器D．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈使用了溫度傳感器〖規(guī)律方法〗傳感器問(wèn)題中的電路動(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。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗2．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)蹩键c(diǎn)四、電容式傳感器〖情境引入〗如圖所示，是測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物體，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中。已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h是如何變化的？并說(shuō)明電容器的電容的變化。1．電容器的電容決定于極板間的正對(duì)面積S、極板間距d、極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某個(gè)物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的變化引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，通過(guò)電容的變化就可以確定上述物理量的變化，這種電容器稱為電容式傳感器。2．常見(jiàn)電容式傳感器名稱傳感器原理測(cè)定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況測(cè)定液面高度h的電容式傳感器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況測(cè)定壓力F的電容式傳感器待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況測(cè)定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況〖例3〗如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不動(dòng) D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)思路點(diǎn)撥：根據(jù)電容的公式C＝eq\f(εrS,4πkd)和C＝eq\f(Q,U)，按以下思路進(jìn)行分析。〖規(guī)律方法〗電容式傳感器是一種多功能傳感器，可把壓力、轉(zhuǎn)角、位移、壓強(qiáng)、聲音等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這一電學(xué)量，分析原理時(shí)，關(guān)鍵要搞清是哪個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容，然后結(jié)合電容的決定式來(lái)分析。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗3.傳感器是將能感受的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件，在自動(dòng)控制中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖所示的裝置是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器。金屬芯線與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化情況就能反映出液面高度h的高低情況，則兩者的關(guān)系是()①C增大表示h增大②C增大表示h減小③C減小表示h減小④C減小表示h增大A．只有①正確 B．只有①、③正確C．只有②正確 D．只有②、④正確〖隨堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練〗1．(多選)電子電路中常用到一種稱為“干簧管”的元件(如圖所示)，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用，操縱開(kāi)關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見(jiàn)的“手”。關(guān)于干簧管，下列說(shuō)法正確的是()A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C．兩個(gè)磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用2．傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量起自動(dòng)控制作用，如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器，如圖是演示位移傳感器的工作原理圖，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭滑動(dòng)，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)反映物體位移的大小，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說(shuō)法正確的是()A．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C．物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D．物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)3．有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)其電阻減小，這種元件可能是()A．金屬導(dǎo)體 B．光敏電阻C．NTC熱敏電阻 D．PTC熱敏電阻4．關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻，下列說(shuō)法中正確的是()A．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，隨光照的減弱而增大B．光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器C．熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度感知很靈敏D．熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主預(yù)習(xí)探新知〗一、神奇的傳感器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、傳感器的種類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鞲衅鞯慕M成與應(yīng)用模式1．非電學(xué)量2．電信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換四、光敏電阻1．越小2．不好增強(qiáng)變好3．光照強(qiáng)弱電阻五、熱敏電阻和金屬熱電阻1．減小2．增大六、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1．金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片3．形變電壓〖基礎(chǔ)自測(cè)〗1．(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√)2．ABC〖傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件，故選項(xiàng)A、B、C對(duì)，選項(xiàng)D錯(cuò)。〗3．C〖傳感器是指一種元件或裝置，它能感受力、溫度、光、聲、磁、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷；其作用和目的是更方便地測(cè)量、傳輸、處理、控制非電學(xué)量，找出非電學(xué)量和電學(xué)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電磁感應(yīng)是現(xiàn)象和原理，不是元件和裝置，不能稱為傳感器。〗4.BCD〖標(biāo)準(zhǔn)電阻的電阻值幾乎不隨溫度的變化而變化，采用合金材料制成，A錯(cuò)誤；熱敏電阻中有電阻隨溫度升高而降低的特點(diǎn)，采用半導(dǎo)體材料制造，B正確；光敏電阻的電阻值隨著光強(qiáng)的增加而減小，采用半導(dǎo)體制造，C正確；可以采用半導(dǎo)體材料制造簡(jiǎn)單的溫度報(bào)警器，D正確。〗5．D〖測(cè)電阻應(yīng)選用歐姆擋。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻受溫度變化的影響，偏轉(zhuǎn)角度增大，說(shuō)明電阻阻值變小，所以應(yīng)換用倍率小的擋。〗〖合作探究攻重難〗考點(diǎn)一、傳感器的原理和分類〖情境引入〗〖提*示〗：它是聲電傳感器，輸入的是聲信號(hào)，輸出的是電信號(hào)。〖例1〗〖〖解析〗〗由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，R的金屬滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起R兩端電壓的變化，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)油量減少時(shí)，電壓表示數(shù)將增大。〖〖答案〗〗b、c增大〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗1.D〖在0～t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻阻值不變，由小球的受力不變可知，小車可能做勻速或勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在t1～t2內(nèi)，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做變加速運(yùn)動(dòng)，A、B錯(cuò)誤；在t2～t3內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確。〗考點(diǎn)二、常見(jiàn)傳感器〖情境引入〗〖提*示〗：聲控?zé)羧麘?yīng)該為——聲光控?zé)簦暱責(zé)糁杏泄饪仉娐罚蛊湓诠饩€充足的時(shí)候不工作，所以聲控?zé)舻目刂坪袑?shí)際上是聲、光同時(shí)控制的，在光線充足的情況下燈不會(huì)亮，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。考點(diǎn)三、敏感元件的認(rèn)識(shí)與使用〖情境引入〗〖提*示〗：(1)溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值變小，干路的電流變大，所以電流表的示數(shù)變大。(2)溫度降低，熱敏電阻的阻值變大，干路中的電流變小，R2兩端的電壓變小，電壓表的示數(shù)變小。〖例2〗B〖火警報(bào)警器使用了溫度傳感器，故A錯(cuò)誤；冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器，故B正確；一般人體都有恒定的體溫，一般在37℃，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人走向門口時(shí)，門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，是因?yàn)榘惭b了紅外線傳感器，從而能感知紅外線，導(dǎo)致門被打開(kāi)，故C錯(cuò)誤；燈要求夜晚亮、白天熄，而白天有光，黑夜沒(méi)有光，則是由光導(dǎo)致電路的電流變化，所以電路中光傳感器導(dǎo)致電阻變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此是利用半導(dǎo)體的光敏性，即為光電傳感器，故D錯(cuò)誤。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗2．C〖R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻R2電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強(qiáng)，R1兩端的電壓減小，故只有C正確。〗考點(diǎn)四、電容式傳感器〖情境引入〗〖提*示〗：深度h增大，電容增大。〖例3〗A〖?jí)毫作用時(shí)，極板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)，電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流計(jì)中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏。F不變時(shí)，極板保持固定后，充電結(jié)束，指針回到零刻度。故選A。〗〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗3.B〖液面高度的變化，相當(dāng)于電容器極板正對(duì)面積的變化。當(dāng)h增大時(shí)，相當(dāng)于正對(duì)面積增大，則電容應(yīng)增大；當(dāng)h減小時(shí)，相當(dāng)于正對(duì)面積減小，電容C應(yīng)減小，B正確。〗〖隨堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練〗1．CD〖當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化相互吸引而接通，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；當(dāng)磁體遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，軟磁性材料制成的簧片失去磁性，所以兩簧片又分開(kāi)，因此干簧管在電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確。〗2．B〖由于電壓表是理想的，因此滑片P移動(dòng)時(shí)，不改變閉合電路的電阻，電源內(nèi)的電流不發(fā)生變化，即電流恒定，A、C錯(cuò)誤；物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表所測(cè)電壓是變化的，M不動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)恒定，B正確，D錯(cuò)誤。〗3．C〖金屬導(dǎo)體電阻值一般隨溫度升高而增大，光敏電阻電阻值是隨光照強(qiáng)度的增大而減小，PTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，只有NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．〗4．A〖光敏電阻是把光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電阻的元件；熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件，故B、D錯(cuò)誤；熱敏電阻和光敏電阻都是半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性，金屬鉑與熱敏電阻的阻值隨溫度的變化趨勢(shì)相反，故C錯(cuò)誤。〗5.1認(rèn)識(shí)傳感器5.2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解傳感器的定義，感受傳感器的應(yīng)用技術(shù)在信息時(shí)代的作用與意義。2.知道常見(jiàn)傳感器的作用，會(huì)分析其工作原理。知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義。3.了解光敏電阻工作原理及作用。了解熱敏電阻和金屬熱電阻工作原理及作用。了解電阻應(yīng)變片在電子秤上的應(yīng)用。了解電容在傳感器中應(yīng)用。〖自主預(yù)習(xí)探新知〗一、神奇的傳感器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)出使自動(dòng)門開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的命令。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，并能把它們按照一定的轉(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。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。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)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：是指能直接感受或響應(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)直接轉(zhuǎn)換成的部分。它們分別完成和兩個(gè)基本功能。四、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，載流子增多，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。五、熱敏電阻和金屬熱電阻1．熱敏電阻熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，其電阻隨溫度的變化明顯，溫度升高電阻，如圖甲所示為某一熱敏電阻的電阻隨溫度變化的特性曲線。甲乙2．金屬熱電阻有些金屬的電阻率隨溫度的升高而，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)別熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻隨溫度的變化而變化且非常明顯電阻率隨溫度的升高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.注意：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、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1．組成及敏感元件：由和組成，敏感元件是。2．工作原理：3．作用：應(yīng)變片將物體這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量。〖基礎(chǔ)自測(cè)〗1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。 ()(2)所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的。 ()(3)傳感器可以將所有感受到的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。 ()(4)隨著光照的增強(qiáng)，光敏電阻的電阻值逐漸增大。 ()(5)只有熱敏電阻才能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。 ()(6)干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的。 ()(7)電子秤所使用的測(cè)力裝置是力傳感器，它是把力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。 ()2．(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以()A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量3．關(guān)于傳感器及其作用，下列說(shuō)法正確的是()A．傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量B．傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷C．傳感器把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量是為了方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制D．電磁感應(yīng)是把磁學(xué)的量轉(zhuǎn)換為電學(xué)的量，所以電磁感應(yīng)也是傳感器4.(多選)利用半導(dǎo)體材料可以制成()A．標(biāo)準(zhǔn)電阻 B．熱敏電阻C．光敏電阻 D．溫度報(bào)警器5．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖所示的裝置。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)谋堵剩x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)現(xiàn)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．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測(cè)量B．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測(cè)量C．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率大的擋D．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率小的擋〖合作探究攻重難〗考點(diǎn)一、傳感器的原理和分類〖情境引入〗為解決樓道里的照明問(wèn)題，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路連接。當(dāng)樓道內(nèi)有人走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即與電源接通而發(fā)光，這種傳感器是什么傳感器，它的輸入、輸出信號(hào)各是什么？1．傳感器的核心元件(1)敏感元件：相當(dāng)于人的感覺(jué)器官，直接感受被測(cè)量，并將其變換成與被測(cè)量成一定關(guān)系的易于測(cè)量的物理量，如溫度、位移等。(2)轉(zhuǎn)換元件：也稱為傳感元件，通常不直接感受被測(cè)量，而是將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出。(3)轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流等。2．傳感器的工作原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過(guò)放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器的工作原理如下所示：eq\x(非電學(xué)量)→eq\x(敏感元件)→eq\x(轉(zhuǎn)換器件)→eq\x(轉(zhuǎn)換電路)→eq\x(電學(xué)量)3．分類工作原理舉例物理傳感器利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)感知并檢測(cè)出待測(cè)對(duì)象信息壓電傳感器、溫度傳感器、光電傳感器、電感傳感器、電容傳感器等化學(xué)傳感器利用化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信息氣敏傳感器、濕敏傳感器等生物傳感器利用生物化學(xué)反應(yīng)識(shí)別和檢測(cè)信號(hào)酶?jìng)鞲衅鳌⒔M織傳感器、細(xì)胞傳感器等〖例1〗全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一，為模仿汽車油表原理，某同學(xué)自制一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置。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)在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫出)，通過(guò)觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將(選填“增大”或“減小”)。〖規(guī)律方法〗傳感器問(wèn)題的分析思路不同類型的傳感器，其工作原理一般不同，但所有的傳感器都是把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化。因此我們可以根據(jù)電學(xué)量的變化來(lái)推測(cè)相關(guān)量的變化。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗1.壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個(gè)絕緣重球。小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是()A．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)二、常見(jiàn)傳感器〖情境引入〗聲控?zé)粲幸环N有趣的現(xiàn)象，那就是光線充足時(shí)，任你發(fā)出多大的聲音都不亮；但在黑夜，輕輕一聲它就發(fā)出亮光，這是為什么呢？1．生活中的傳感器(1)與溫度控制相關(guān)的家用電器：電飯煲、電冰箱、微波爐、空調(diào)、消毒碗柜等，都用到溫度傳感器。(2)紅外傳感器：自動(dòng)門、家電遙控器、生命探測(cè)器、非接觸紅外測(cè)溫儀以及防盜、防火報(bào)警器等。(3)照相機(jī)中的光傳感器和家用便攜式電子秤的壓力傳感器等。2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)濕度傳感器：判斷農(nóng)田的水分蒸發(fā)情況，自動(dòng)供水或停水。(2)溫度傳感器和濕度傳感器：可對(duì)上百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度監(jiān)測(cè)。由于有了十分先進(jìn)可靠的測(cè)試技術(shù)，有效地減少了霉變現(xiàn)象。3．工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器(1)生產(chǎn)的自動(dòng)化和半自動(dòng)化。用機(jī)器人、自動(dòng)化小車、自動(dòng)機(jī)床、各種自動(dòng)生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，代替人完成加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。各種傳感器使生產(chǎn)的自動(dòng)運(yùn)行保持在最佳狀態(tài)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率和產(chǎn)量，節(jié)約原材料等。(2)在數(shù)控機(jī)床中的位移測(cè)量裝置，就是利用高精度位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的精密加工。4．飛向太空的傳感器在航空、航天技術(shù)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用得較早，也應(yīng)用得較多，在運(yùn)載火箭、載人飛船中，都應(yīng)用了大量的傳感器供遙測(cè)和遙控系統(tǒng)使用。這些傳感器對(duì)控制航天器的姿態(tài)、接收和發(fā)送信息、收集太空數(shù)據(jù)等都有重要作用。在載人飛船中還使用一類測(cè)量航天員各種生理狀況的生理傳感器，如測(cè)量血壓、心電圖、體溫等。考點(diǎn)三、敏感元件的認(rèn)識(shí)與使用〖情境引入〗某興趣小組為了研究電子溫控裝置，將熱敏電阻R1(負(fù)溫度系數(shù))、定值電阻R2以及電壓表和電流表連入如圖所示的電路中，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。(1)閉合開(kāi)關(guān)S后，溫度升高時(shí)，電流表的示數(shù)如何變化？(2)閉合開(kāi)關(guān)S后，溫度降低時(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化？1．光敏電阻的導(dǎo)電特性光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時(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)電性能明顯增強(qiáng)。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，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。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好。〖特別提醒〗按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小。〖例2〗傳感器已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中，下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法正確的是()A．火警報(bào)警器使用了壓力傳感器B．冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器C．商場(chǎng)里的自動(dòng)門使用了光傳感器D．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈使用了溫度傳感器〖規(guī)律方法〗傳感器問(wèn)題中的電路動(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。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗2．如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)蹩键c(diǎn)四、電容式傳感器〖情境引入〗如圖所示，是測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物體，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中。已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向左偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h是如何變化的？并說(shuō)明電容器的電容的變化。1．電容器的電容決定于極板間的正對(duì)面積S、極板間距d、極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素。如果某個(gè)物理量(如角度θ、位移x、深度H等)的變化引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，通過(guò)電容的變化就可以確定上述物理量的變化，這種電容器稱為電容式傳感器。2．常見(jiàn)電容式傳感器名稱傳感器原理測(cè)定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況測(cè)定液面高度h的電容式傳感器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道h的變化情況測(cè)定壓力F的電容式傳感器待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況測(cè)定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況〖例3〗如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不動(dòng) D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)思路點(diǎn)撥：根據(jù)電容的公式C＝eq\f(εrS,4πkd)和C＝eq\f(Q,U)，按以下思路進(jìn)行分析。〖規(guī)律方法〗電容式傳感器是一種多功能傳感器，可把壓力、轉(zhuǎn)角、位移、壓強(qiáng)、聲音等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這一電學(xué)量，分析原理時(shí)，關(guān)鍵要搞清是哪個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容，然后結(jié)合電容的決定式來(lái)分析。〖跟進(jìn)訓(xùn)練〗3.傳感器是將能感受的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件，在自動(dòng)控制中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖所示的裝置是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器。金屬芯線與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)電容器，從電容C大小的變化情況就能反映出液面高度h的高低情況，則兩者的關(guān)系是()①C增大表示h增大②C增大表示h減小③C減小表示h減小④C減小表示h增大A．只有①正確 B．只有①、③正確C．只有②正確 D．只有②、④正確〖隨堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練〗1．(多選)電子電路中常用到一種稱為“干簧管”的元件(如圖所示)，它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開(kāi)關(guān)的作用，操縱開(kāi)關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見(jiàn)的“手”。關(guān)于干簧管，下列說(shuō)法正確的是()A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C．兩個(gè)磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用2．傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量起自動(dòng)控制作用，如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器，如圖是演示位移傳感器的工作原理圖，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭滑動(dòng)，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)反映物體位移的大小，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說(shuō)法正確的是()A．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B．物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C．物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D．物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)3．有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)其電阻減小，這種元件可能是()A．金屬導(dǎo)體 B．光敏電阻C．NTC熱敏電阻 D．PTC熱敏電阻4．關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻，下列說(shuō)法中正確的是()A．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小，隨光照的減弱而增大B．光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器C．熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度感知很靈敏D．熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主預(yù)習(xí)探新知〗一、神奇的傳感器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、傳感器的種類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鞲衅鞯慕M成與應(yīng)用模式1．非電學(xué)量2．電信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換四、光敏電阻1．越小2．不好增強(qiáng)變好3．光照強(qiáng)弱電阻五、熱敏電阻和金屬熱電阻1．減小2．增大六、力傳感器的應(yīng)用——電子秤1．金屬梁應(yīng)變片應(yīng)變片3．形變電壓〖基礎(chǔ)自測(cè)〗1．(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√)2．ABC〖傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件，故選項(xiàng)A、B、C對(duì)，選項(xiàng)D錯(cuò)。〗3．C〖傳感器是指一種元件或裝置，它能感受力、溫度、光、聲、磁、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷；其作用和目的是更方便地測(cè)量、傳輸、處理、控制非電學(xué)量，找