《2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt（70頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第六章傳感器 1傳感器及其工作原理,一、傳感器 1.定義:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分 等_______量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電 壓、電流等_____量,或轉(zhuǎn)換為電路的_____的元件。 2.非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義:把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為 電學(xué)量,可以方便地進(jìn)行_____、傳輸、處理和_____。,非電學(xué),電學(xué),通斷,測量,控制,二、光敏電阻 1.特點:光照越強,電阻_____。 2.原理:無光照時,載流子少,導(dǎo)電性能_____;隨著 光照的增強,載流子_____,導(dǎo)電性_____。 3.作用:把_________這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個 電學(xué)量。,越小,不好,增多,
2、變好,光照強弱,電阻,三、熱敏電阻和金屬熱電阻,減小,增大,大,溫度,電阻,四、霍爾元件 1.構(gòu)造:很小的矩形半導(dǎo)體薄片上,制作四個電極E、F、M、N。 2.霍爾電壓:如圖,E、F間通入 恒定電流I,同時外加與薄片 垂直的磁場B,則M、N間出現(xiàn) 霍爾電壓UH,UH=_____。,3.作用:把___________這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個電學(xué)量。,磁感應(yīng)強度,電壓,【思考辨析】 (1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。() (2)光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化,光照越強電阻越大。() (3)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作,導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強,但靈敏度低。(),(4)金屬熱電阻隨溫度
3、的升高導(dǎo)電能力增強,它的化學(xué)穩(wěn)定性好,測量范圍大。() (5)熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。(),提示:(1)。傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。 (2)。光敏電阻的阻值隨光線的強弱而變化,但光照越強,電阻越小,導(dǎo)電能力越強。 (3)。熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料制作的,導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強,且靈敏度高。,(4)。金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大,即導(dǎo)電能力減弱。 (5)。熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。,【生活鏈接】 大型的數(shù)字型電子汽車衡是應(yīng)用什么傳感器稱量汽車的重量的?,提示:數(shù)字型電子汽車衡是采用當(dāng)今世界先進(jìn)的數(shù)字式稱重
4、傳感器和數(shù)字式稱重顯示儀及各種外配設(shè)備而設(shè)計的全電子模塊化汽車稱重系統(tǒng)。,知識點一對傳感器的認(rèn)識 探究導(dǎo)入: 當(dāng)人們走近和離開一些賓館或商場的自動門時,門會自動開關(guān),這就是傳感器在起作用。 (1)傳感器由哪幾部分組成? (2)傳感器是如何工作的?,提示:(1)傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。 (2)傳感器將非電學(xué)量通過敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量。,【歸納總結(jié)】 1.傳感器的組成和工作流程: (1)傳感器的組成。 敏感元件:相當(dāng)于人的感覺器官,是傳感器的核心部分,是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的。,轉(zhuǎn)換元件:是傳感器中能將敏感元件輸
5、出的與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件。 轉(zhuǎn)換電路:將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量,如電壓、電流、電阻等。,(2)傳感器的工作流程。,2.傳感器的原理:傳感器感受的通常是非電學(xué)量,如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等,而輸出的通常是電學(xué)量,如電壓、電流、電荷量等。這些輸出的信號是非常微弱的,通常需要經(jīng)過放大后,再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作。,【典題通關(guān)】 【典例】溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家電產(chǎn)品中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性工作的。如圖甲中，電源的電動勢E=9.0 V，內(nèi)電阻可忽略不計；G為靈敏電流表
6、，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙的R-t圖線所示，閉合開關(guān)，,當(dāng)R的溫度等于120 時，電流表示數(shù)I1=3 mA，求：,(1)電流表G的內(nèi)阻Rg。 (2)當(dāng)電流表的示數(shù)I2=1.8 mA時,熱敏電阻R的溫度。,【審題關(guān)鍵】,【正確解答】(1)由圖乙知熱敏電阻R的溫度在120 時,電阻為2 k,閉合電路的電流為I1=3 mA 根據(jù)閉合電路歐姆定律得: Rg=,(2)當(dāng)電流表的示數(shù)I2=1.8 mA時 R= 由圖乙可知當(dāng)熱敏電阻R阻值為4 000 時的溫度 為20 。 答案:(1)1 000 (2)20 ,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.(2018德州高二檢測)通常當(dāng)人走向銀行
7、門口時, 門就會自動打開,是因為門上安裝了下列哪種傳感 器() A.溫度傳感器B.壓力傳感器 C.紅外線傳感器D.聲音傳感器,【解析】選C。人走向門口時,門會自動打開,是因為安裝了紅外線傳感器,從而能感知紅外線,導(dǎo)致門被打開。,2.如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置,其中電源電壓保持不變,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端。在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數(shù),可以了解油量情況,你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的______兩點之間,按照你的接法請回答:當(dāng)油箱中油量減少時,電壓表的示數(shù)將________(選填“增大”或“減小”)。,【解析】由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面
8、高度變化時,R的金屬滑片將會移動,電路中電流發(fā)生變化,從而引起R兩端電壓的變化,所以電壓表應(yīng)接在c、d之間,當(dāng)油量減少時,電壓表示數(shù)將減小。 答案:c、d減小,【補償訓(xùn)練】 1.幾年前,中國牛奶行業(yè)經(jīng)歷了一次嚴(yán)峻考驗,許多牛奶制品中被檢測出化學(xué)原料三聚氰胺。在多種檢測三聚氰胺的方法中有一種“酶標(biāo)法檢測”,若這種檢測方法使用了傳感器,應(yīng)為傳感器中的哪一類() A.物理傳感器B.化學(xué)傳感器 C.生物傳感器D.溫度傳感器,【解析】選C。檢測方法為酶標(biāo)法,所以其原理應(yīng)該是利用了生物酶,故應(yīng)為生物傳感器,所以C對。,2.傳感器是把非電學(xué)量(如溫度、速度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件,在自動控
9、制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如圖是一種測量液面高度h的電容式傳感器的示意圖。電容C大小的變化就能反映液面的升降情況。關(guān)于兩者關(guān)系的說法中正確的是(),A.C增大表示h減小 B.C減小表示h增大 C.C減小表示h減小 D.C的變化與h變化無直接關(guān)系,【解析】選C。C增大表示電容器的正對面積變大,h增大,C減小表示h減小,故C正確。,知識點二對敏感元件的認(rèn)識 探究導(dǎo)入: 傳感器的核心元件是敏感元件,請思考: (1)敏感元件在傳感器中起什么作用? (2)生產(chǎn)、生活中有哪幾類敏感元件?,提示:(1)傳感器的主要作用是感受光、聲音、溫度、磁場等非電學(xué)量,并把它們轉(zhuǎn)換為便于測量、傳輸、處理和控制的電學(xué)量。 (
10、2)生產(chǎn)、生活中常見的敏感元件有光敏電阻、力敏元件、磁敏元件、氣敏元件、溫敏元件等。,【歸納總結(jié)】 1.光敏電阻:光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料制成,當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照時,會有更多的電子獲得能量成為自由電子,同時也形成更多的空穴,于是導(dǎo)電性能明顯增強。光敏電阻把光照的強弱轉(zhuǎn)換為電阻的大小。,2.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點: (1)熱敏電阻:指用半導(dǎo)體材料制成,電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖線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,如圖線所示,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熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量
11、,但相比而言,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測溫范圍大,而熱敏電阻的靈敏度較好。,3.霍爾元件: (1)電場的產(chǎn)生:運動的載流子在洛倫茲力作用下在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集,在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的另一種電荷,從而形成橫向電場。,(2)電壓的形成:橫向電場對載流子施加與洛倫茲力方 向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時,導(dǎo) 體板兩側(cè)會形成穩(wěn)定的電壓,UH= 。UH與B成正比是 霍爾元件能把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的原因。,【典題通關(guān)】 考查角度1 對光敏電阻的認(rèn)識 【典例1】如圖所示,將一光敏電阻接在多用電表兩表 筆上,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,用光照射光 敏電阻時,表針自左向右的偏角為;現(xiàn)用手
12、掌擋住部 分光線,表針自左向右的偏角為,則可判斷(),A.=B.D.不能確定,【正確解答】選B。光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小,用手掌擋住部分光線,阻值變大,由歐姆擋的特點知,指針左偏,故指針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度變小。故選B。,考查角度2 熱敏電阻在電路中的應(yīng)用 【典例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(),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 D.小燈泡的亮度變?nèi)?【正確解答】選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,熱敏電
13、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,R1兩端的電壓減小,故只有C正確。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.許多樓道燈具有這樣的功能,天黑時,出現(xiàn)聲音就開啟,而在白天時,即使有聲音它也沒有什么反應(yīng)。它的控制電路中接入的兩個傳感器是() A.溫度傳感器和聲傳感器 B.溫度傳感器和力傳感器 C.光傳感器和力傳感器 D.光傳感器和聲傳感器,【解析】選D。樓道照明燈天黑時,出現(xiàn)聲音它就開啟;而在白天,即使有聲音它也沒有反應(yīng)。原因是天黑沒有光,則聲音傳感器起作用,而在白天聲音傳感器不起作用,所以電路中光傳感器安裝在聲音傳感器之前。,2.(多選)(2018榆林高二檢測)如
14、圖所示的電路中,當(dāng)半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻浸泡到熱水中時,電流表示數(shù)增大,則說明),A.在溫度越高時,熱敏電阻阻值越小 B.在溫度越高時,熱敏電阻阻值越大 C.半導(dǎo)體材料溫度升高時,導(dǎo)電性能變差 D.半導(dǎo)體材料溫度升高時,導(dǎo)電性能變好,【解析】選A、D。由電流表的變化判斷半導(dǎo)體的電阻的變化,溫度升高時,由閉合電路歐姆定律可知電路中總電流增大,則總電阻減小,則熱敏電阻阻值減小,故A、D正確。,【補償訓(xùn)練】 1.霍爾元件能轉(zhuǎn)換的物理量是() A.把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學(xué)量 B.把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量 C.把力這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量 D.把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換
15、成電阻這個電學(xué)量,【解析】選B。根據(jù)霍爾元件工作原理,載流子在洛倫茲力作用下漂移,形成霍爾電壓,所以,它將磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量,故B正確。,2.(多選)如圖所示RT為正溫度系數(shù)熱敏電阻,R1為光敏 電阻,R2和R3均為定值電阻,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r, V為理想電壓表,現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,可能的原因 是(),A.熱敏電阻溫度升高,其他條件不變 B.熱敏電阻溫度降低,其他條件不變 C.光照增強,其他條件不變 D.光照減弱,其他條件不變,【解析】選B、D。RT為正溫度系數(shù)熱敏電阻,熱敏電阻溫度降低時,阻值變小,其他條件不變,電路的總電阻減小;根據(jù)歐姆定律可知電路的總電流增大
16、,路端電壓變小,R2兩端的電壓變大,R1兩端的電壓變小,通過R1的電流減小,則通過R3的電流增大,電壓表示數(shù)增大,A錯誤,B正確。光照減弱時,光敏電阻的阻值變大,其他條件,不變,電路的總電阻增大;根據(jù)歐姆定律可知總電流減小,路端電壓變大,R2兩端的電壓減小,并聯(lián)部分兩端的電壓變大,通過R3的電流增大,電壓表示數(shù)增大,故選項C錯誤,D正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容:霍爾元件的分析 【典例】(多選)如圖是霍爾元件的工作原理示意圖, 用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對于一個霍爾元件 d、k為定值,如果保持I恒定,則可以驗證UH隨B的變化 情況。以下說法中正確的是(工作面是指較大的平 面)(),A.將
17、永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面, UH將變大 B.在測定地球兩極的磁場強弱時,霍爾元件的工作面 應(yīng)保持水平 C.在測定地球赤道上的磁場強弱時,霍爾元件的工作 面應(yīng)保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化,【正確解答】選A、B、D。將永磁體的磁極逐漸靠近霍 爾元件的工作面時,B增大,I恒定,由公式UH= 知UH將 變大,選項A正確;地球兩極的磁場方向在豎直方向上, 所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平,使B與工作面垂直, 選項B正確;地球赤道上的磁場沿水平方向,只有霍爾元 件的工作面在豎直方向且垂直于南北時,B才與工作面 垂直,選項C錯誤;改變磁感線與霍爾元件工作面的,
18、夾角,B垂直工作面的大小發(fā)生變化,UH將發(fā)生變化,選項D正確。,科學(xué)技術(shù)社會環(huán)境傳感器的工作原理 【命題素材】 傳感器在現(xiàn)代社會我們的日常生活中是很常見的一種設(shè)備,它是一種感知元件,它通常能把非電學(xué)量(如力、光等)的變化,轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電流、電壓等)的變化或電路的通斷,它在自動控制中有著廣泛的應(yīng)用。,【信息提取流程】 1.信息定位:傳感器的作用。 2.物理模型:傳感器。 3.物理知識:傳感器是怎樣把非電學(xué)量(如力、光等)的變化,轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電流、電壓等)的變化,或電路的通斷。 4.結(jié)果討論:傳感器的工作原理。,【案例示范】(多選)傳感器是指這樣一類元件,它通常能把非電學(xué)量(如力、光等)的變化,轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電流、電壓等)的變化或電路的通斷,它在自動控制中有著廣泛的應(yīng)用。關(guān)于制作傳感器需要的元器件,下列說法正確的是(),A.熱敏電阻能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化 B.金屬熱電阻能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化 C.光敏電阻能夠把光照強弱的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化 D.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制作的,【解析】選A、B、C。熱敏電阻、金屬熱電阻、光敏電阻等都是把溫度或光照強度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化,從而實現(xiàn)電路中電流或電壓的變化的,故A、B、C都是正確的;而并非所有的傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的,半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機(jī)材料都可以用來制作傳感器,故D錯誤。,
2018-2019高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt
