资源简介

5.1　传感器及其工作原理
【学习目标】
1.通过任务1及其活动,知道什么是传感器,认识生活中的传感器,了解传感器的广泛应用。(物理观念、科学态度和社会责任)
2.通过任务2及其活动,了解传感器的分类。(物理观念)
3.通过任务3及其活动,知道传感器的一般组成和应用模式。(科学思维)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:干簧管属于哪一种敏感元件


思考2:一种新型保险柜安装有声纹锁,只有主人说出事先设定的暗语才能打开,别人即使说出暗语也打不开锁。这种声纹锁辨别主人声音的依据是什么


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)传感器是把非电学量转换为电学量的元件。 ( )
(2)所有传感器都是由半导体材料做成的。 ( )
(3)传感器只能感受温度和光两个物理量。 ( )
(4)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。 ( )
【合作探究·提素养】
任务1　什么是传感器
演示:小盒子A的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开关。如果把磁体B放到盒子上面,灯泡就会发光,把磁体移走,灯泡熄灭。
打开盒子,看看干簧管的结构,再把磁体靠近干簧管,观察簧片的变化。
1.磁体是怎样通过干簧管来控制电路的呢


2.楼道灯、银行自动门、交警的酒精检测仪等传感器是把什么信号转化为电信号


3.什么是传感器


4.机器人是借助传感器从外界获取信息的,有的机器人具有“超人”的本领,这里所说的“超人”的本领是指哪方面


　　传感器的定义:传感器是能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等①　　　　量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等②　　　　量的装置,以方便进行测量、③　　　　、处理和④　　　　。
生活中的传感器
研究智能手机的各种功能,思考一部智能手机上可能安装的传感器有哪些



任务2　传感器的分类
传感器有多种不同的分类方法。根据测量的不同,可把传感器分成物理型、化学型和生物型三类。传感器主要利用敏感元件来感受外界变化。阅读课本“传感器的种类”部分的内容,回答下列问题:
1.根据学科原理不同,传感器分为哪些种类

2.物理传感器根据被测量的不同可以分为哪些种类


3.物理传感器根据具体工作原理的不同可以分为哪些种类


　　传感器分类
(1)根据学科原理的不同,传感器分为⑤　　　　传感器、⑥　　　　传感器及生物传感器。
(2)物理传感器根据被测量的不同可以分为:声、⑦　　　　、压力、位移、加速度、⑧　　　　等传感器。
(3)物理传感器根据具体工作原理的不同,可分为⑨　　　　式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、　　　　式等传感器。
实践应用:
市面上常见的楼道光声控制开关的结构如图,假如你去商店购买一只光声控制开关,你应该如何判断它的好坏


问题讨论:
以下工作中,你认为要用什么传感器
(1)让孵化器在一定温度下孵化禽蛋。
(2)电梯超出负载时,发出报警提示。
(3)检测汽车排放的尾气是否符合国家标准。


任务3　传感器的组成和应用模式
热电偶温度计如图所示,只要把其测量探头放入需要测量的空间,其液晶显示屏上很快就能显示出温度数据,使用非常方便。阅读课本相关内容,回答下列问题。
1.传感器的基本部分一般由哪些元件组成

2.敏感元件的作用是什么 转换元件的作用是什么


3.为什么传感器电路很多还需要调整与转换电路

4.通过传感器活动的信号有哪些应用


1.传感器基本部分由　　　　元件和　　　　元件组成。
2.传感器应用的一般模式为由传感器基本部分把其接收到的非电学量转化为电学量,经过　　　　电路的放大或转换,最终输入到“执行机构”、显示器、　　　　等各种终端。
电容式话筒工作原理探究
话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器,各式话筒的照片如图1。图2是电容式话筒的组成结构示意图,话筒的振动膜片涂有薄薄的金属层,膜后相距几十微米有一个金属片(固定电极),它们构成电容器的两个极板。电容式话筒利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作。你能根据它的工作过程说说各组成元件的作用吗


【随堂检测·精评价】
1.(任务1)(多选)如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确的是 ( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管接入电路中相当于开关的作用
C.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
D.干簧管是将磁信号转换为电信号的传感器
2.(任务2)红外测温仪是一种利用红外线来测量温度的设备,被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉,并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是 ( )
A.饮水机中自动控制加热和保温的温控器
B.火灾红外报警器
C.走廊照明灯的声控开关
D.电子体重计的压力传感装置
3.(任务2) 传感器在日常生活中有着广泛的应用,下列对传感器的理解正确的是 ( )
A.传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的
B.传感器都是由半导体材料制作而成的
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器可以将采集到的信息转换为电学量
4.(任务3)关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是 ( )
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
参考答案
自主预习·悟新知
思考1:干簧管属于磁敏元件。
思考2:因为每个人的发声音色不同,而声纹锁是依据音色来进行判断的,只能按照设定的音色打开,所以主人说出事先设定的暗语就能打开。
判断　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.干簧管内封入了两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,当磁体远离干簧管时,两个簧片退磁而断开,所以干簧管能起到开关的作用。
2.楼道灯是把光信号和声音信号转化为电信号,银行自动门是把红外线转化为电信号,酒精检测仪是把化学信号转化为电信号。
3.见知识生成。
4.这里所说的“超人”的本领是指传感器不仅可应用于高温、高压、辐射等恶劣环境,还可检测出人类五官不能感知的各种信息,如微弱的磁、电、离子和射线的信息等。利用传感器的这些本领,可以制成形形色色的机器人,承担人类难以直接完成的任务。
知识生成　①非电学　②电学　③传输　④控制
应用探究
活动　【提示】声音传感器(话筒)、图像传感器(镜头)、光传感器(自动调节亮度)、振动传感器(计步器)、磁场传感器(指南针)等。
任务2
问题引领
1.有利用物质力、声、光、温、磁等物理特性或物理效应制作的物理传感器;有利用电化学反应原理制作的化学传感器;有利用生物活性物质的选择性来制作的生物传感器。
2.根据被测量的不同,可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。
3.根据具体工作原理的不同,可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
知识生成　⑤物理　⑥化学　⑦光　⑧温度　⑨电阻　磁电
应用探究
活动1　【提示】要把光声控制开关接入含有灯泡的电路中,并把它放入遮光包内,再发出声音,如果灯亮了,就说明是好的。
活动2　【提示】(1)让孵化器在一定温度下孵化禽蛋,使用的是温度传感器,通过温度来改变电阻的阻值从而改变电路的电压和电流来控制电路。
(2)电梯超出负载时,发出报警提示,使用的是压力传感器,通过压力的大小,将力转变为电信号来控制电路。
(3)检测汽车排放的尾气是否符合国家标准,使用的是化学成分传感器,将尾气中多种成分的浓度转变为电信号,从而控制电路。
任务3
问题引领
1.敏感元件、转换元件。
2.敏感元件的作用是直接感受或响应外界被测非电学量,即完成检测功能;转换元件的作用是将敏感元件输出的信号直接转换成电信号,即完成转换功能。
3.转换元件所输出的电信号一般都很微弱,难以带动执行机构去实现控制动作,因此要通过信号调整与转换电路把这个电信号放大。如果需要远距离传送,还要把它转换成其他电信号以抵御外界干扰。
4.第一,可以直接输入“执行机构”命令控制执行;第二,输入各种“显示器”,显示测量数据,为人提供信息;第三,输入计算机,由计算机进行数据分析,以发出更复杂的指令。
知识生成　敏感　转换　信号调整与转换　计算机
应用探究
活动　【提示】振动膜片与固定电极组成的电容器相当于转换元件。声波使振动膜片发生振动,其与固定电极的距离不断发生变化,导致电容器的电容不断变化,这样就将声音信号的强弱转换成了电容器的电容变化。由于电容器的电容不断发生变化,电容器不断产生充、放电电流,加载在电阻R两端的电压也随之变化。这样,信号最后经过转换电路就被输出为便于测量和处理的电压信号,用于显示、记录等。
随堂检测·精评价
1.BD　【解析】干簧管能感知磁场,因为两个舌簧由软磁性材料制成,当周围存在磁场时,两个舌簧被磁化,就会相互吸引,可以作为开关来使用,干簧管是将磁信号转换为电信号的传感器。B、D两项正确。
2.B　【解析】饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器,A项错误;火灾红外报警器使用的是红外传感器,和红外测温仪属于同类传感器,B项正确;走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器,C项错误;电子体重计的压力传感装置使用的是压力传感器,D项错误。
3.D　【解析】传感器能感知力、温度、光、声等非电学量的变化,而电压是电学量,A项错误;不仅半导体材料可以制成传感器,其他材料也可以制成传感器,如金属氧化物就可以制成热敏电阻,B项错误;电视遥控接收器主要是利用传感器来接收信息的,C项错误;传感器可以将采集到的信息转换成电学量,D项正确。
4.C　【解析】传感器工作的一般流程为非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量,C项正确。

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