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5.2常见传感器的工作原理及应用
人教版（2019）普通高中物理选择性必修第二册同步教学课件
第五章.传感器
目录
1
光敏电阻
2
金属热电阻和热敏电阻
3
电阻应变片
情景展示
力
温度
光
声
化学成分
非电学量
电学量
电压
电流
电路的通断
传感器
传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
知识点一：光敏电阻
1.光敏电阻的制作
把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。
硫化镉
光强——电阻率小
光弱——电阻率大
光敏电阻
知识点一：光敏电阻
2.光敏电阻的特性与原理
演示实验
【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。
【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。
知识点一：光敏电阻
知识点一：光敏电阻
（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
（2）光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
实验结论
2.光敏电阻的特性与原理
知识点一：光敏电阻
作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉。
光学量（光照强度）
→
电学量（电阻）
2.光敏电阻的特性与原理
光敏电阻工作原理：
光照增强 半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加 材料的电阻率减小
知识点一：光敏电阻
3.光敏电阻的应用
——计数器
A是发光仪器
B是接收光信号的仪器
无物品、有光照、电阻小、电压低
有物品、挡光、电阻大、电压高
这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
1.金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
2.热敏电阻：有些半导体在温度上升时导电能力增强。用半导体材料制作热敏电阻。
热学量 → 电学量
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
3.金属热电阻的应用：
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
演示实验
将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。
观察热敏电阻特性
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大。
温度升高，热敏电阻的阻值显著减小。
实验结论
知识点二：金属热电阻和热敏电阻
如图所示，一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯
不亮（图甲）。
当液体减少、热敏电阻露出液面时，
发热导致它的温度上升、阻值较小，
指示灯亮（图乙）。
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
4.热敏电阻的应用：
知识点三：电阻应变片
知识点三：电阻应变片
1.原理与特性
①金属电阻应变片
②半导体电阻应变片
拉力→L变长→S变小→电阻变大
压力→L变短→S变大→电阻变小
金属的电阻应变效应
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
知识点三：电阻应变片
电子秤使用的测力装置：力传感器
常见的一种力传感器：
应变式力传感器
应变片
金属梁
2.应用实例——电子秤
知识点三：电阻应变片
2.应用实例——电子秤
金属梁
应变片
应变片
F
在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
应变片是把形变这个力学量转换为电压这个电学量。
汽车称重的地磅
知识点三：电阻应变片
思考与讨论：
如图所示，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化。用什么方法可以检测电容的变化？电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
【典例1】(多选)如图所示,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(　　)
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。
【典例2】如图所示,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(　　)
A.R1两端的电压增大
B.电流表的示数增大
C.小灯泡的亮度变强
D.小灯泡的亮度变弱
解析:R2与灯泡L并联后再与R1串联,与电源构成闭合电路,当温度降低时,热敏电阻R2阻值增大,外电路电阻增大,电流表读数减小,灯泡L两端的电压增大,灯泡的亮度变强,R1两端的电压减小,故只有C正确。
答案:C
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