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1、第六章傳感器第六章傳感器第六章傳感器第六章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理第一節(jié)傳感器及其工作原理第六章傳感器第六章傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解傳感器的概念，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)了解傳感器的概念，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義意義2通過實(shí)驗(yàn)，知道常見敏感元件的工作原理通過實(shí)驗(yàn)，知道常見敏感元件的工作原理3能夠結(jié)合已學(xué)的知識(shí)，分析傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用能夠結(jié)合已學(xué)的知識(shí)，分析傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用事例事例新 知 初 探 自 主 學(xué) 習(xí)新 知 初 探 自 主 學(xué) 習(xí)一、什么是傳感器一、什么是傳感器自研教材自研教材1定義：定義：感受感受_量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換量，并能把它們按照一
2、定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為為_量，或轉(zhuǎn)換為電路的量，或轉(zhuǎn)換為電路的_的一類元件的一類元件非電學(xué)非電學(xué)電學(xué)電學(xué)通斷通斷成功體驗(yàn)成功體驗(yàn)傳感器的作用是什么？傳感器的作用是什么？提示：提示：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷二、光敏電阻二、光敏電阻自主探究自主探究將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋，用手掌遮光時(shí)電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射的歐姆擋，用手掌遮光時(shí)電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射下，電阻值較?。挥藐柟庵苯诱丈湎?，電阻值很小這說明下，電阻值較??；用陽光直接照射下，電阻值很小這說
3、明了光敏電阻具有什么特點(diǎn)？它把什么量轉(zhuǎn)換為什么量？了光敏電阻具有什么特點(diǎn)？它把什么量轉(zhuǎn)換為什么量？成功發(fā)現(xiàn)成功發(fā)現(xiàn)1特點(diǎn)：特點(diǎn)：電阻值隨光照增強(qiáng)而電阻值隨光照增強(qiáng)而_2原因分析：原因分析：光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，無光照時(shí)，載光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，無光照時(shí)，載流子流子_ ，導(dǎo)電性能，導(dǎo)電性能_ ；隨著光照的增強(qiáng)，載流子；隨著光照的增強(qiáng)，載流子_ ，導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能_3作用：作用：把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量減小減小少少差差增多增多增強(qiáng)增強(qiáng)三、熱敏電阻和金屬熱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻自主探究自主探究1如圖甲，將一只熱敏電阻接到多用電表的
4、兩端，分別用如圖甲，將一只熱敏電阻接到多用電表的兩端，分別用手和冷水去改變熱敏電阻的溫度，用手時(shí)電阻值較小，用冷手和冷水去改變熱敏電阻的溫度，用手時(shí)電阻值較小，用冷水時(shí)，電阻值較大這說明了什么？水時(shí)，電阻值較大這說明了什么？甲乙甲乙2如圖乙為實(shí)驗(yàn)測(cè)出的熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值如圖乙為實(shí)驗(yàn)測(cè)出的熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值溫度特性圖線，由圖線分析，熱敏電阻、金屬熱電阻有什么溫度特性圖線，由圖線分析，熱敏電阻、金屬熱電阻有什么不同？不同？熱敏電阻熱敏電阻金屬熱電阻金屬熱電阻特點(diǎn)特點(diǎn)電阻率隨溫度升高而減小電阻率隨溫度升高而減小電阻率隨溫度升高而電阻率隨溫度升高而增大增大制作材制作材料料半導(dǎo)體半導(dǎo)體金
5、屬金屬優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度好，測(cè)溫精度高靈敏度好，測(cè)溫精度高化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大范圍大作用作用將溫度將溫度(熱學(xué)量熱學(xué)量)轉(zhuǎn)換為電阻轉(zhuǎn)換為電阻(電學(xué)量電學(xué)量)成功體驗(yàn)成功體驗(yàn)四、霍爾元件四、霍爾元件自研教材自研教材1組成：組成：在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，就成為一個(gè)霍爾元件，就成為一個(gè)霍爾元件成功體驗(yàn)成功體驗(yàn)在電流通過磁場(chǎng)中的霍爾元件時(shí)，為什么在它的兩個(gè)面之間在電流通過磁場(chǎng)中的霍爾元件時(shí)，為什么在它的兩個(gè)面之間會(huì)產(chǎn)生電壓？會(huì)產(chǎn)生電壓？提示：提示：因?yàn)殡娏魍ㄟ^霍爾元件時(shí)，它內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)電荷因?yàn)殡娏魍ㄟ^霍爾元件時(shí)
6、，它內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)電荷(載流載流子子)在磁場(chǎng)力的作用下，向垂直電流和磁場(chǎng)的方向漂移，從在磁場(chǎng)力的作用下，向垂直電流和磁場(chǎng)的方向漂移，從而在此方向上產(chǎn)生電壓而在此方向上產(chǎn)生電壓要 點(diǎn) 探 究 講 練 互 動(dòng)要 點(diǎn) 探 究 講 練 互 動(dòng)要點(diǎn)一要點(diǎn)一光敏電阻、熱敏電阻的特性光敏電阻、熱敏電阻的特性1光敏電阻光敏電阻(1)光敏電阻的特性光敏電阻的特性光敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的，在被光照射時(shí)電阻發(fā)生光敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的，在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，即隨照射光強(qiáng)度的增加而減小變化，即隨照射光強(qiáng)度的增加而減小(2)光敏電阻阻值變化的原因光敏電阻阻值變化的原因半導(dǎo)體材料受到的光照增強(qiáng)時(shí)，會(huì)有更多的電
7、子獲得能量成半導(dǎo)體材料受到的光照增強(qiáng)時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，即載流子數(shù)增多，于為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小2熱敏電阻熱敏電阻(1)熱敏電阻的特性熱敏電阻的特性熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負(fù)溫度電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值減小系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值減小(2)熱敏電阻阻值變化的原因熱敏電阻阻值變化的原因?qū)?/p>
8、于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，有更多的電子獲對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)空穴增多，即載流子數(shù)增多，于得能量成為自由電子，同時(shí)空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，阻值減小是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，阻值減小 (2013山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二檢測(cè)山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二檢測(cè))如圖所示，如圖所示，R1、R2為為定值電阻，定值電阻，L為小燈泡，為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)時(shí)()A電壓表的示數(shù)增大電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小中電流減小C小燈泡的功率增大小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大電路的路端電壓增大【思路點(diǎn)
9、撥思路點(diǎn)撥】當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，光敏電阻阻值發(fā)生變當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，光敏電阻阻值發(fā)生變化，然后根據(jù)直流電路的動(dòng)態(tài)分析方法進(jìn)行判斷化，然后根據(jù)直流電路的動(dòng)態(tài)分析方法進(jìn)行判斷【解析解析】光的強(qiáng)度是被測(cè)量，光敏電阻光的強(qiáng)度是被測(cè)量，光敏電阻R3為光敏感元件，為光敏感元件，同時(shí)也是轉(zhuǎn)換器件當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，同時(shí)也是轉(zhuǎn)換器件當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路阻值減小，外電路電阻隨電阻隨R3的減小而減小，的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，大，A項(xiàng)正確，項(xiàng)
10、正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤由路端電壓減小，而項(xiàng)錯(cuò)誤由路端電壓減小，而R1兩端電壓兩端電壓增大，可知增大，可知R2兩端電壓必減小，則兩端電壓必減小，則R2中電流減小，中電流減小，B項(xiàng)正確；項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，功率增大，C項(xiàng)正確故選項(xiàng)正確故選ABC.【答案答案】ABC【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】解決光敏電阻相關(guān)的問題，要分兩步走解決光敏電阻相關(guān)的問題，要分兩步走(1)明確光敏電阻的阻值隨光照如何變化明確光敏電阻的阻值隨光照如何變化(2)結(jié)合光敏電阻阻值的變化，利用閉合電路的歐姆定律等結(jié)合光敏電阻阻值的變化，利用閉合電
11、路的歐姆定律等相關(guān)運(yùn)算，解決光敏電阻對(duì)電路的影響問題相關(guān)運(yùn)算，解決光敏電阻對(duì)電路的影響問題跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練1在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制如圖所示電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制如圖所示電路，R1為定值為定值電阻，電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小溫度越高電阻越小)，C為電容為電容器當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)器當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)()A電容器電容器C的帶電量增大的帶電量增大B電壓表的讀數(shù)增大電壓表的讀數(shù)增大C電容器電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小DR1消耗的功率增大消耗的功率增大 如
12、圖所示，電流如圖所示，電流I流過長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為流過長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為，高為h，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，垂直于紙面向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、，試問金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？【答案答案】見解析見解析跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練2如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場(chǎng)中，如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上、下表面的電勢(shì)的關(guān)系為當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上、下表面的電勢(shì)的關(guān)系為()AMNBM
13、NCMN D無法判斷無法判斷解析：選解析：選A.霍爾效應(yīng)形成的原因是因?yàn)閹щ娏Ｗ釉诖艌?chǎng)中受霍爾效應(yīng)形成的原因是因?yàn)閹щ娏Ｗ釉诖艌?chǎng)中受到洛倫茲力作用，做定向移動(dòng)形成的，根據(jù)左手定則，電子到洛倫茲力作用，做定向移動(dòng)形成的，根據(jù)左手定則，電子受到向下的洛倫茲力作用，向受到向下的洛倫茲力作用，向N板運(yùn)動(dòng)，則板運(yùn)動(dòng)，則M板剩下正電荷，板剩下正電荷，所以所以MN.故選故選A.要點(diǎn)三要點(diǎn)三電容式傳感器電容式傳感器1原理原理電容器的電容電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離，極板間距離d及極板及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度如角度、位
14、移、位移x、深度深度h等等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化變化2常見電容式傳感器常見電容式傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測(cè)定角測(cè)定角度度的電的電容式傳容式傳感器感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使的變化，使電容電容C發(fā)生變化，知道發(fā)生變化，知道C的變化，就的變化，就可以知道可以知道的變化情況的變化情況測(cè)定液測(cè)定液面高度面高度h的電容的電容式傳感式傳感器
15、器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容變化，使電容C發(fā)生變化知道發(fā)生變化知道C的的變化，就可以知道變化，就可以知道h的變化情況的變化情況名稱名稱傳感器傳感器原理原理測(cè)定壓力測(cè)定壓力F的電容式傳的電容式傳感器感器待測(cè)壓力待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間片發(fā)生形變
16、，使極板間距離距離d發(fā)生變化，引起發(fā)生變化，引起電容電容C的變化，知道的變化，知道C的變化，就可以知道的變化，就可以知道 F F的變化情況的變化情況測(cè)定位移測(cè)定位移x的電容式傳的電容式傳感器感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道發(fā)生變化，知道C的的變化，就可以知道變化，就可以知道x的的變化情況變化情況 如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜作的傳感器，話筒的振動(dòng)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(dòng)膜上的金屬層和這
17、個(gè)金屬板構(gòu)幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說話時(shí)，人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的()A距離變化距離變化 B正對(duì)面積變化正對(duì)面積變化C介質(zhì)變化介質(zhì)變化 D電壓變化電壓變化【解析解析】平行板電容器的電容平行板電容器的電容CrS/d，本例中的介質(zhì)沒，本例中的介質(zhì)沒有變化，正對(duì)面積也沒有變化，引起電容變化的因素是板間有變
18、化，正對(duì)面積也沒有變化，引起電容變化的因素是板間距離距離d.故選故選A.【答案答案】A【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】電容式傳感器是應(yīng)用了電容器的電容跟板間電容式傳感器是應(yīng)用了電容器的電容跟板間距離、正對(duì)面積、電介質(zhì)及引起它們改變的因素距離、正對(duì)面積、電介質(zhì)及引起它們改變的因素(如力、位如力、位移、壓強(qiáng)、聲音等移、壓強(qiáng)、聲音等)的關(guān)系，將這些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容器的關(guān)系，將這些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容器的電容這個(gè)電學(xué)量的電容這個(gè)電學(xué)量跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練3(2013四川南充高中高二檢測(cè)四川南充高中高二檢測(cè))如圖所示為一測(cè)定如圖所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，為固定的導(dǎo)體芯
19、，B為導(dǎo)體芯為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同如果路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體深度發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體深度h的變化為的變化為()A正在增大正在增大 B正在減小正在減小C不變不變 D無法確定無法確定尋 規(guī) 探 法 思 維 啟 迪尋 規(guī) 探 法 思 維 啟 迪傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用【范例范例】如圖是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝如圖是一種測(cè)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，置其
20、中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑是滑動(dòng)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片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有圖中沒有畫出畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認(rèn)為，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)該接在圖中的電壓表應(yīng)該接在圖中的_兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量減小時(shí)，電壓表的示數(shù)將回答：當(dāng)油箱中油量減小時(shí)，電壓表的示數(shù)將_(填填“增大增大”或或“減小減小”)【解析解析】由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，R的金屬的金屬滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起R兩端電壓的變化，且當(dāng)兩端電壓的變化，且當(dāng)RR時(shí)，時(shí)，URIR可視為可視為UR與與R成正比，所以電壓表應(yīng)接在成正比，所以電壓表應(yīng)接在c、d之間，之間，當(dāng)油量減少時(shí)，電壓表示數(shù)將減小當(dāng)油量減少時(shí)，電壓表示數(shù)將減小【答案答案】c、d減小減小
高中物理 第六章第一節(jié) 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修32
