高中物理 传感器及其应用精品课件2 新人教版选修3
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高中物理课件：选修3传感器的应用
的耦合系数，输出相应的电信号。磁电式传感器具有结构简单、可靠性高等优点。
03
传感器的应用实例
温度传感器在生活中的应用
温度传感器用于自动控制家电（ 如空调、冰箱等），根据室内温 度自动调节，使室内温度保持舒
适。
温度传感器用于智能穿戴设备， 如智能手环，可以监测人体体温 和活动量，提供健康管理数据。
实验结论
通过本实验，我们了解了传感器的基 本原理和分类，掌握了传感器的应用 和性能测试方法。在实际应用中，需 要根据具体需求选择合适的传感器， 以达到最佳的测量效果。
THANKS
感谢观看
高中物理课件选修3传感 器的应用
contents
目录
• 传感器简介 • 常见传感器介绍 • 传感器的应用实例 • 传感器的发展趋势与未来展望 • 实验：传感器的应用与性能测试
01
传感器简介
传感器的定义与分类
定义
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感 受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信 息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控 制等要求。
分类
根据工作原理，传感器可分为物理传感器、化学传感器和生 物传感器；根据输入物理量可分为位移传感器、压力传感器 、速度传感器等；根据输出信号可分为模拟传感器和数字传 感器。
传感器的应用领域
工业自动化
传感器在生产线上用于 检测产品质量、控制生 产流程和提高生产效率
。
智能家居
传感器用于智能家居系 统，实现自动化控制、
安全监控等功能。
医疗健康
传感器用于监测生理参 数、诊断疾病和治疗。
环境监测
传感器用于监测空气质 量、水质、气象等环境
参数。
03
传感器的应用实例
温度传感器在生活中的应用
温度传感器用于自动控制家电（ 如空调、冰箱等），根据室内温 度自动调节，使室内温度保持舒
适。
温度传感器用于智能穿戴设备， 如智能手环，可以监测人体体温 和活动量，提供健康管理数据。
实验结论
通过本实验，我们了解了传感器的基 本原理和分类，掌握了传感器的应用 和性能测试方法。在实际应用中，需 要根据具体需求选择合适的传感器， 以达到最佳的测量效果。
THANKS
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高中物理课件选修3传感 器的应用
contents
目录
• 传感器简介 • 常见传感器介绍 • 传感器的应用实例 • 传感器的发展趋势与未来展望 • 实验：传感器的应用与性能测试
01
传感器简介
传感器的定义与分类
定义
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感 受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信 息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控 制等要求。
分类
根据工作原理，传感器可分为物理传感器、化学传感器和生 物传感器；根据输入物理量可分为位移传感器、压力传感器 、速度传感器等；根据输出信号可分为模拟传感器和数字传 感器。
传感器的应用领域
工业自动化
传感器在生产线上用于 检测产品质量、控制生 产流程和提高生产效率
。
智能家居
传感器用于智能家居系 统，实现自动化控制、
安全监控等功能。
医疗健康
传感器用于监测生理参 数、诊断疾病和治疗。
环境监测
传感器用于监测空气质 量、水质、气象等环境
参数。
高中物理 63 实验 传感器的应用课件 新人教版选修32
第二十三页，共32页。
(2)控制电路工作原理 天较亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电 路不通；天较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输 入端 A 电势升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳 到低电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器工作，接通工作电 路，使路灯自动开启；天明后，RG 阻值减小，斯密特触发器输 入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平跳 到高电平，则线圈 A 不再有电流，电磁继电器自动切断工作电 路的电源，路灯熄灭。
第十六页，共32页。
二、温度报警器实验步骤 1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 2．检查各元件的连接，确保无误。 3．接通电源，调节电阻 R1，使蜂鸣器常温下不发声。 4．用热水使热敏电阻的温度升高，观察蜂鸣器是否发声。 5．将热敏电阻从热水中取出，观察蜂鸣器是否发声。
第十七页，共32页。
第二十六页，共32页。
题型2 温度报警器
现用斯密特触发器与热敏电阻 RT 组成温度 报警器，电路如图所示，图中蜂鸣器可以选用 YMD 或 HMB 形，它两端的直流电压为 4～6V 时会发出鸣叫声；RT 为热敏 电阻，常温下阻值为 2kΩ 左右，温度升高时阻值减小。R1 的最大电阻可在 1～2kΩ 间选择。
第二十七页，共32页。
接通电源后，先调节 R1 使蜂鸣器在常温下不发声，再用 热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警 声。
请你说明这个电路的工作原理。想一想：怎样能够使热敏 电阻在感测到更高的温度时才报警？
第二十八页，共32页。
解析：该电路的工作原理是：常温下，调整 R1 的阻值使 斯密特触发器的输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处于高电 平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏 电阻 RT 阻值减小，斯密特触器输入端 A 电势升高，当达到某 一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电， 从而发出报警声。R1 的阻值不同，则报警温度不同。
(2)控制电路工作原理 天较亮时，光敏电阻 RG 阻值较小，斯密特触发器输入端 A 电势较低，则输出端 Y 输出高电平，线圈中无电流，工作电 路不通；天较暗时，光敏电阻 RG 电阻增大，斯密特触发器输 入端 A 电势升高，当升高到一定值，输出端 Y 由高电平突然跳 到低电平，有电流通过线圈 A，电磁继电器工作，接通工作电 路，使路灯自动开启；天明后，RG 阻值减小，斯密特触发器输 入端 A 电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y 突然由低电平跳 到高电平，则线圈 A 不再有电流，电磁继电器自动切断工作电 路的电源，路灯熄灭。
第十六页，共32页。
二、温度报警器实验步骤 1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 2．检查各元件的连接，确保无误。 3．接通电源，调节电阻 R1，使蜂鸣器常温下不发声。 4．用热水使热敏电阻的温度升高，观察蜂鸣器是否发声。 5．将热敏电阻从热水中取出，观察蜂鸣器是否发声。
第十七页，共32页。
第二十六页，共32页。
题型2 温度报警器
现用斯密特触发器与热敏电阻 RT 组成温度 报警器，电路如图所示，图中蜂鸣器可以选用 YMD 或 HMB 形，它两端的直流电压为 4～6V 时会发出鸣叫声；RT 为热敏 电阻，常温下阻值为 2kΩ 左右，温度升高时阻值减小。R1 的最大电阻可在 1～2kΩ 间选择。
第二十七页，共32页。
接通电源后，先调节 R1 使蜂鸣器在常温下不发声，再用 热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警 声。
请你说明这个电路的工作原理。想一想：怎样能够使热敏 电阻在感测到更高的温度时才报警？
第二十八页，共32页。
解析：该电路的工作原理是：常温下，调整 R1 的阻值使 斯密特触发器的输入端 A 处于低电平，则输出端 Y 处于高电 平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏 电阻 RT 阻值减小，斯密特触器输入端 A 电势升高，当达到某 一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电， 从而发出报警声。R1 的阻值不同，则报警温度不同。
高中物理 第6章 传感器 第2节 传感器的应用课件 新人教版选修3-2
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化 发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三 极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
解析：选C 由火灾报警器的工作原理可知，发生火灾时烟 雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电 阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选 项C对．
的弹力变为F2′＝20 N．规定汽车运动的方向为正，由牛顿第
二定律得F＝F2′＝ma2，得a2＝
F2′ m
＝－10
m/s2，负号表示方
向向后(向左)．
答案：(1)4 m/s2 方向向右(即A指向B) (2)10 m/s2，方向向左(即B指向A)
要点二 传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)组成及敏感元件：由金属梁和 1 __应__变__片____组成，敏感 元件是 2 ____应__变__片__．
簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传 感器上的力为拉力时，示数为负．现将装置沿运动方向固定在 汽车上．汽车静止时，A、B的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
(1)若传感器A的示数为14.0 N，B的示数为6.0 N，求此时汽 车的加速度大小和方向；
(2)当汽车以什么样的加速度运动时，传感器A的示数为零？
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟 悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入 信号间的规律．
(4)执行机构分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何 向电学量转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构 进行工作的过程．
①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是 否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放 大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通 断，借助仪表进行显示等)．
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三 极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
解析：选C 由火灾报警器的工作原理可知，发生火灾时烟 雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电 阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选 项C对．
的弹力变为F2′＝20 N．规定汽车运动的方向为正，由牛顿第
二定律得F＝F2′＝ma2，得a2＝
F2′ m
＝－10
m/s2，负号表示方
向向后(向左)．
答案：(1)4 m/s2 方向向右(即A指向B) (2)10 m/s2，方向向左(即B指向A)
要点二 传感器的应用实例 1．力传感器的应用——电子秤 (1)组成及敏感元件：由金属梁和 1 __应__变__片____组成，敏感 元件是 2 ____应__变__片__．
簧作用在传感器上的力为压力时，示数为正；当弹簧作用在传 感器上的力为拉力时，示数为负．现将装置沿运动方向固定在 汽车上．汽车静止时，A、B的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
(1)若传感器A的示数为14.0 N，B的示数为6.0 N，求此时汽 车的加速度大小和方向；
(2)当汽车以什么样的加速度运动时，传感器A的示数为零？
(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟 悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入 信号间的规律．
(4)执行机构分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何 向电学量转换的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构 进行工作的过程．
①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是 否变化等)后转换为电压、电流、电阻等电学量，然后经过放 大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器控制电路通 断，借助仪表进行显示等)．
高中物理 第1节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32
第二十八页，共28页。
目
表针将向________(填“左”或“右”)转动．
链
接
第十五页，共28页。
解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt
用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针(zhǐzhēn)左偏；
若用手电筒光照射Rt，电阻减小，指针(zhǐzhēn)右偏．
栏
目
答案：左 右
链 接
第十六页，共28页。
三、热敏电阻(rè mǐn diàn zǔ)及其特性
材料有关．
第二十四页，共28页。
变式 迁移
(2)一个霍尔元件的 d、k 为定值，再保持 I 恒定，则 UH 的变化就与 B 成正比，因此霍尔元件，又称磁敏元件．
3．霍尔效应的原理．
外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧 栏
聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成 目
横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，
温度特性曲线．
栏 目
链
接
第十八页，共28页。
注意：热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换
成电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测
温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好．
例2 如图所示，将万用表的选择开关置于欧姆挡，再将电表 栏
的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连(xiānɡ lián)，
栏 目
热导、真空度等；④利用热惯性作为时间延迟器．
链 接
第五页，共28页。
栏 目 链 接
第六页，共28页。
1．传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温
度、光、声、化学成分等非电学量，并能够把它们按照
(ànzhào)一定的电规压律(d转ià换ny为ā)、__电__流__________等电学量，或转
高中物理第六章传感器2传感器的应用课件新人教版选修3
1.如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中 L 为含铁 芯的线圈．P 为可绕 O 点转动的铁片，K 为弹簧，S 为一对 触头，A、B、C、D 为四个接线柱．电磁继电器与传感器配 合，可完成自动控制的要求．其工作方式是( ) A．A 与 B 接信号电压，C 与 D 可跟被控电路串联 B．A 与 B 接信号电压，C 与 D 可跟被控电路并联 C．C 与 D 接信号电压，A 与 B 可跟被控电路串联 D．C 与 D 接信号电压，A 与 B 可跟被控电路并联
(3)作用：应变片将物体 形变 这个力学量转换为电压这个电学量． (4)应用：电子秤．
2．温度传感器的应用实例
应用实例 敏感元件
工作原理
电熨斗
双金属片
温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的 膨胀 系数 不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断
电饭锅
(1)居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上 升到约 103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料 的“居里温度”或“居里点” 感温铁氧体 (2)自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开始 煮饭，当锅内加热温度达到 103 ℃时，铁氧体失去磁 性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动 杠杆使触点开关断开
(4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信 息控制执行机构进行工作的过程． ①以力传感器为例：传感器感受力的信息(如大小、方向是否变化等)后转化为电压、 电流、电阻等电学量，然后经过放大，传输到执行机构进行某种操作(如借助继电器 控制电路通断，借助仪表进行显示等)． ②以光传感器为例：光传感器感受光的信息(如光的强弱、颜色等)，通过敏感元件(如 光敏电阻、光电池等)将光的信息转化为电阻、电流等电学量，然后经过放大，传输 到执行机构后执行某种操作．
高中物理第六章传感器1传感器及其工作原理课件新人教版选修3_2
• 敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受 被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于 测量的物理量．
• 2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因
元对件比
产生变化的原因
光敏 电阻
半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获 得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数 增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
片电极时，电容器极板间距 d 变小，由 C＝4επrkSd知，
• 电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带 电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电 流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器 有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知， 电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动 膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．
• 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动 • D．向左偏到某一刻度后不动
【解析】 压力 F 作用时，极板间距 d 变小，由 C
＝4επSkd知，电容器电容 C 变大，又根据 Q＝CU，极板
所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中产 生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持 固定后，充电结束，指针回到零刻度．
少
不好
• (2)原因：无光照增时多 ，载流子变极好 ___，导电性
能_____；随着光照光强照弱 的增强，载流子__电__阻_，导电
性_____．
• (3) 作 用 ： 把 _________ 这 个 光 学 量 转 换 为 _____这个电学量．
[再思考]
• 有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在 水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程 度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样 的传感器？
• 2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因
元对件比
产生变化的原因
光敏 电阻
半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获 得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数 增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
片电极时，电容器极板间距 d 变小，由 C＝4επrkSd知，
• 电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带 电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电 流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器 有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知， 电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动 膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．
• 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动 • D．向左偏到某一刻度后不动
【解析】 压力 F 作用时，极板间距 d 变小，由 C
＝4επSkd知，电容器电容 C 变大，又根据 Q＝CU，极板
所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中产 生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持 固定后，充电结束，指针回到零刻度．
少
不好
• (2)原因：无光照增时多 ，载流子变极好 ___，导电性
能_____；随着光照光强照弱 的增强，载流子__电__阻_，导电
性_____．
• (3) 作 用 ： 把 _________ 这 个 光 学 量 转 换 为 _____这个电学量．
[再思考]
• 有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在 水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程 度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样 的传感器？
高中物理 第六章 传感器 2 传感器的应用 新人教版选修3-2
弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上，连杆9的 下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮(图中 未画出)控制的．逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加 大对弹簧7的拉力．
图623
(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够开始工作 ，而当达到设定的低温后又自动停止工作？
(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？ 【解析】 (1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压 强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触 点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而当达到 设定的低温时弹簧7带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩 机停止工作．
化
【提示】 增大，增大
2．如图622所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其
中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作
原理是什么？
图622
【提示】 当光被物体挡住时，R1的电阻增大，电路 中的电流减小，R2两端的电压减小，信号处理系统得到低
电压，每通过一个物体就获得一次低电压，计数一次．
(2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该 拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故凸轮可以改变设 定的温度．
【答案】 见解析
第4步巧练——精选习题，落实强化
1．在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在
一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连 ，经计算机处理后
得到压力F随时间 t变化的图象，则
(3)电路结构分析 认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元 件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规 律． (4)执行机构工作分析 传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化 的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作 的过程．