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1.2 传感器工作原理

传感器及其在物理实验中的应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 传感器是将非电学量(如力、光、热)转换为电学量(如电压、电流)的元件。

从哪来 它建立在 7.1 交变电流图像 之上。理解交变电流随时间变化的规律,有助于理解传感器输出信号(通常是随物理量变化的电信号)的动态特性及后续信号处理的基础。

为什么 传感器工作的核心原理是“电学量随非电学量变化”。以光敏电阻为例,光照增强时,半导体内部载流子浓度增加,电阻减小;根据欧姆定律 $I=U/R$,在电压一定时,电流增大。这种将光强(非电学量)转化为电流(电学量)的过程,本质是利用了材料物理性质随外界条件变化的规律,实现了信息的转换与传递。

类比法
将传感器比作“翻译官”。非电学量(如温度、光照)是“外语”,电学量(电压、电流)是“母语”。传感器就是那个把“外语”翻译成“母语”的人,让计算机(大脑)能听懂。
适合:形象思维强、对抽象概念理解困难、喜欢生动比喻的学生。
公式推导法
从欧姆定律 $I=U/R$ 出发,指出 $U$ 通常由电源提供且恒定,若 $R$ 随外界因素(如温度、光照)变化,则 $I$ 必然变化。通过控制变量法,让学生理解只要找到一种电阻随外界变化的材料,就能实现转换。
适合:逻辑推理能力强、喜欢从数学和物理定律出发理解本质的学生。
实验探究法
现场演示光敏电阻实验。用手电筒照射光敏电阻,连接电流表,观察指针偏转变化。让学生亲手操作,感受“光强”与“电流”的对应关系,从而归纳出传感器的工作原理。
适合:动手能力强、通过实践操作记忆效果更好的学生。
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练一道
基础题
某光敏电阻的阻值随光照强度 $E$ 增大而减小。将其接入如图所示电路(电源电压 $U$ 恒定,串联一个定值电阻 $R_0$ 和电流表)。当光照强度增大时,电流表示数如何变化?
变式
若将上述电路中的电流表替换为电压表,并联在光敏电阻 $R$ 两端。当光照强度增大时,电压表示数如何变化?
试试手自己判
检测题
一个热敏电阻的阻值随温度升高而减小。将其与一个定值电阻串联,接在恒定电压电源上。电压表并联在热敏电阻两端。当环境温度升高时,电压表示数如何变化?请简述理由。
看答案和判分标准
答案:电压表示数减小。
判对标准:
1. 明确指出“电压表示数减小”(2分)。
2. 理由包含“温度升高,热敏电阻阻值减小”(1分)。
3. 理由包含“总电阻减小,总电流增大”(1分)。
4. 理由包含“定值电阻分压增大,故热敏电阻分压减小”(1分)。
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