滬科版高中物理選修(3-2)第4章《傳感器與現(xiàn)代社會》教案1

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1、 10 / 10 學案1傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線 ［學習目標定位］1.知道傳感器的定義，理解其工作原理.2.了解光敏電阻、熱敏電阻等元 件的特征.3.會探究熱敏電阻的溫度特性曲線. 知識 ”儲備區(qū) 溫故追本溯源 推除方可知新 3知識q接 1 .用多用電表測電阻時，首先詵擇歐姆擋，然后進行歐姆調(diào)零，指針指在表盤的中值附近, 測得的阻值較準確. 2 .電阻率 p是反映材料導電性能好壞的物理量 ，電阻率越小，導電性能越好，定義式為p RS l 3 .平行板電容器的電容 c=4■菊. X新知呈現(xiàn) 、

2、什么是傳感器 ，并將被測量 1 .傳感器是通過測量外界的物理量二化學量或生物量來捕捉和識別信息 的非電學量轉(zhuǎn)化成電學量的裝置. 2 .傳感器一般包括敏感元件與轉(zhuǎn)換電路等. 二、傳感器的類型 根據(jù)檢測量的不同，傳感器可分為物理型、化學型和生物型. 三、探究熱敏電阻的溫度特性曲線 熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)的熱敏材料、負溫度系數(shù) 的熱敏材料、臨界溫度系數(shù)的熱敏材料. 基礎自學落實重點互動探究 學習?探究區(qū) 、什么是傳感器 ［問題設計］ 光聲控延時開關的敏感元件有哪些？你能畫出它的原理圖嗎? 答案有光敏感元件和聲敏感元件. 光電轉(zhuǎn)換器一 聲電

3、轉(zhuǎn)換器f ［要點提煉］ 1 .各種傳感器的作用都是把非電學量轉(zhuǎn)換成電學量. 2 .傳感器的結(jié)構(gòu)： 非電學量產(chǎn)斷匕 敏感元件 ＞處理電路一電二 電學量 3 .敏感元件是傳感器中的關鍵性元件 ，它承擔著直接“感知”和轉(zhuǎn)換外界信息的任 務. 二、研究光敏電阻的導電特性 ［問題設計］ 在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后 ，就可以準確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量 ，如圖1所示 為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖 ，其中Ri為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本 工作原理是什么? ，信號處理系統(tǒng) 答案 當光被產(chǎn)品擋住時 得到低電壓，每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓 ，并

4、計數(shù)一次. ［要點提煉］ 1 .光敏電阻是用半導體材料 （如硫化鎘）制成的. 特點：光照越強，電阻越小. 2 .光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量. 三、探究熱敏電阻的溫度特性 ［問題設計］ 如圖2所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋 ，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數(shù) 的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央.若在 Rt上擦一些酒精，表針 將如何擺動？若用吹風機將熱風吹向電阻 ，表針將如何擺動？ 歐姆表 圖2 答案 由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，指針應向左偏；用吹風機將熱 風吹向電阻，Rt溫度升高，電阻值減

5、小，指針將向右偏. ［要點提煉］ 1 .金屬導體的電阻率隨溫度升高而增大^ 2 .熱敏電阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成 ，也可用半導體材料制成. 3 .熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類： 4 1）正溫度系數(shù)的熱敏材料（PTC）:電阻隨溫度的上升而增見 5 2）負溫度系數(shù)的熱敏材料（NTC）:電阻隨溫度的上升而下隆 6 3）臨界溫度系數(shù)的熱敏材料 （CTC）:電阻在很小的溫度范圍內(nèi)急劇下兔 工典例精析 一、對傳感器的認識 ［例1］如圖3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

6、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. 將電壓表分別接在 b、c之間與c、d之間,當油量變化時，電壓表的示數(shù)變化有何不同？ * 圖3 解析 ①把電壓表接在 b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少 時,R增大，電壓表的示數(shù)增大. ②把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大 電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小. 答案見解析 二、對光敏電阻的認識及應用 【例2 如圖4所示,Ri、R2為定值電阻人為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時 ( ) 圖4 A.電壓表

7、的示數(shù)增大 8. R2中電流減小 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大 解析 當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨 R3的減小而減小，Ri兩端電壓因 干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項 正確，D項錯誤.由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減 小，故B項正確.結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大 ，故小燈泡的功率增大，C項 正確. 答案 ABC 三、對熱敏電阻的認識及應用 ［例3］如圖5所示,Rt為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，R為定值電阻 若往Rt上擦一些酒精，在 環(huán)境溫度不變的情

8、況下，關于電壓表示數(shù)的變化情況，下列說法中正確的是( ) A.變大 B.變小 C.先變大后變小最后不變 D.先變小后變大最后不變 答案 D 解析 往Rt上擦酒精后，酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻 Rt溫度降低，電阻值增大，根據(jù)串聯(lián)電 路的分壓特點，電壓表示數(shù)變小.當酒精蒸發(fā)完畢后 ，Rt的溫度逐漸升高到環(huán)境溫度后不變 所以熱敏電阻的阻值逐漸減小 ，最后不變，故電壓表的示數(shù)將逐漸變大 ，最后不變.所以選項 D正確. 課堂要點小結(jié) f傳感器,測量非電學量并將之轉(zhuǎn)化為電學量的裝置 f光敏電阻,光照增強，電阻變小 傳感器/敏感元件 熱敏電阻 （正溫度系數(shù) 負溫度系數(shù) I臨界

9、溫度系數(shù) 〔傳感器的類型:物理型,化學型、生物型 自我?檢測區(qū) 檢測學習效果 像驗成功快樂 1 .（對傳感器的認識）關于傳感器，下列說法正確的是（ ） A.所有傳感器都是由半導體材料制成的 B.金屬材料也可以制成傳感器 C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的 D.水銀溫度計是一種傳感器 答案 B 解析大多數(shù)傳感器是由半導體材料制成的 ，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻 故A錯,B對；傳感器將非電學量轉(zhuǎn)換為電學量 ，因此傳感器感知的應該是 “非電信號”，故 C錯；水銀溫度計能感受熱學量 ，但不能把熱學量轉(zhuǎn)化為電學量 ，因此不是傳感器，故D錯. 2 .

10、（對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電 路分析）如圖6所示電路中，電源電動勢為E,內(nèi)阻 為r,RT為負溫度系數(shù)熱敏電阻，Rg為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變 （光照或溫度，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗 ，則引起小燈泡變暗的原因可能是 （ ） Er —2 Ko 圖6 A.溫度不變，光照增強 B.溫度升高，光照不變 C.溫度降低，光照增強 D.溫度升高，光照減弱 答案 AC 3 .（對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電路分析 ）如圖7所示,Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，Ri 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，

11、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.光照減弱，其他條件不變 D.光照增強，其他條件不變 答案 BC 解析 電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說明流經(jīng) R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這 可能是由于 Rt減小或Ri增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知 ，可能是由于溫度降低或光照減 弱，故B、C項正確,A、D項錯誤. 40分鐘課時作業(yè) 題組一對傳感器的認識 i .傳感器擔負著信息采集的任務 ，它可以（ ） A.將力學量（如形變量）轉(zhuǎn)變成電學量 B.將熱學量轉(zhuǎn)變成電學量 C.將光學量轉(zhuǎn)變成

12、電學量 D.將電學量轉(zhuǎn)變成力學量 答案 ABC 解析 傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量 （如力、熱、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于 測量的物理量（一般是電學量）的一類元件.故選項 A、B、C對，選項D錯. 2 .如圖1所示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有 薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板 ，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器 的兩極.在兩極間加一電壓 U,人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，從而使 聲音信號被話筒車t化為電信號 淇中導致電容變化的原因是電容器兩板間的 （ ） Y振動膜 金屆層 金屬板 圖1 A .

13、距離變化 B.正對面積變化 C.電介質(zhì)變化 D,電壓變化 答案 A 解析 振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化 ，從而將聲音信 號轉(zhuǎn)化為電信號. 題組二 對光敏電阻的認識及電路分析 3 .如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖 ，其中A是發(fā)光儀 器,B是光敏電阻（光照增強時電阻變小 ，下列說法中正確的是 （ ） A.當傳送帶上沒有物品擋住由 變小 B.當傳送帶上沒有物品擋住由 圖2 A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù) A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù) 變大 C.當傳送帶上有物

14、品擋住由 A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數(shù)變 D.當傳送帶上有物品擋住由 A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數(shù)變 答案 AD 解析 光敏電阻的阻值與光照強度有關 ，光照強度越大，光敏電阻阻值越小.當傳送帶上 沒有物品擋住由 A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內(nèi)阻上的電 壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數(shù)變小，選項A正確；相反，當傳送帶上有物品擋住由 A 射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內(nèi)阻上的電壓變小，路端電壓 變大,所以電壓表讀數(shù)變大，選項D正確. 4 .如圖3所示,R3是光敏電阻（光照時電阻變小，

15、當開關S閉合后，在沒有光照射時，a、b 兩點等電勢.當用光照射電阻 R3時,則（ ） 圖3 A . a點電勢高于b點電勢 B. a點電勢低于b點電勢 C. a點電勢等于b點電勢 D. a點電勢和b點電勢的大小無法比較 答案 A 解析 R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他 電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢. 5 .如圖4所示,電源兩端的電壓恒定 上為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管（電流越 大,發(fā)光越強）,且R與D距離較近且不變，下列說法中正確的是（ ） 圖4 A.當滑片向左移動時工消耗的功率增大 B.當滑動

16、向左移動時 工消耗的功率減小 C.當滑片向右移動時 工消耗的功率不變 D.無論怎樣移動滑動觸頭 人消耗的功率不變 答案 A 解析電源電壓恒定，也就是說，并聯(lián)電路兩端電壓恒定，當滑片向左移動時，發(fā)光二極管 發(fā)光變強，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則L的功率變大，故選項A正確. 題組三 對熱敏電阻、金屬熱電阻的認識及電路分析 6 .對熱敏電阻，正確的敘述是（ ） A.受熱后，電阻隨溫度的升高而變化明顯 B.受熱后，電阻基本不變 C.熱敏電阻可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度 ，反應快，而且精確度高 D.以上說法都不對 答案 AC 7 .如圖5所示是觀察電阻 R的阻值隨溫度變化

17、情況的示意圖 ，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變 為熱水，關于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是 （ ） 圖5 A.如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 8 .如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C.如果R為熱敏電阻（用半導體材料制作，讀數(shù)變化非常明顯 D .如果R為熱敏電阻（用半導體材料制作 工讀數(shù)變化不明顯 答案 C 解析 如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會非常明顯，故A、B均錯；如果 R為熱 敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C X1D錯. 8.如圖6所示,Ri為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡，當溫度降低時 （ ） 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)? 答案 C 解析 R2與燈泡L并聯(lián)后再與 Ri串聯(lián),與電源構(gòu)成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2 的阻值增大 ,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．