高中物理 第六章 傳感器第一節(jié) 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修32

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1、知識導航在日常生活中我們可能有這樣的經(jīng)歷：當走近自動門時，門會自動打開；電梯關(guān)門，當兩門靠攏到接觸人體時，門又會重新自動打開這是由于傳感器在起作用，傳感器是自動化控制裝置中必不可少的器件，在信息技術(shù)高速發(fā)展的電子計算機廣泛應用的今天，傳感器發(fā)揮著越來越重要的作用 本章共三節(jié)第一節(jié)“傳感器及其工作原理”，主要講述了什么是傳感器及制作傳感器的常用元件的特征第二節(jié)“傳感器的應用”介紹了傳感器感受的通常是非電學量，而它輸出的大多是電學量，這些輸出信號是非常微弱的，一般要經(jīng)過放大等處理后，再通過控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作講述了傳感器的應用已經(jīng)滲透到環(huán)境保護、交通運輸、航天、軍事以及家庭生活等各個領(lǐng)域第三節(jié)

2、“實驗：傳感器的應用”，主要講述了傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，如光控開關(guān)、溫度報警器等本章重點：傳感器的工作原理，傳感器的應用以及應用控制本章難點：傳感器的應用實例學法指導本章知識與我們的生活息息相關(guān)，在學習過程中既要熟記各種敏感元件的特性，又要結(jié)合實例認真體會傳感器在實際中的應用，努力培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力和動手能力；同時應注意觀察身邊與傳感器有關(guān)的例子，并通過查資料或上網(wǎng)了解它們的工作原理，培養(yǎng)自己的觀察能力和自學能力考綱須知知道什么是傳感器知道什么是傳感器知道什么是光敏電阻，熱敏電阻，金屬熱電阻知道什么是光敏電阻，熱敏電阻，金屬熱電阻以及霍爾元件以及霍爾元件了解傳感器的工作原理了解傳感器

3、的工作原理 遙感衛(wèi)星能在高空一覽無遺地觀測地貌植被；計算機的顯示屏上能實時顯示遠隔千里的畫面；機器人能替代人完成各種復雜的勞動這些現(xiàn)代化設備，有的復雜龐大，有的簡單精巧，但它們都需要一種裝置傳感器來獲取信息那么，什么是傳感器？它為什么能獲取信息，工作原理又是什么呢？ 1干簧管是一種_的傳感器 2傳感器是一種能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等_，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等_，或轉(zhuǎn)換為_的一類元件 3光敏電阻能夠把_轉(zhuǎn)換為_ 4熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把_轉(zhuǎn)換為_這個電學量 5霍爾元件能夠把_轉(zhuǎn)換為_這個電學量答案：1.能夠感知磁場2非電學量；電學量；電路的通斷3光照強弱這個

4、光學量；電阻這個電學量4溫度這個熱學量；電阻5磁感應強度這個磁學量；電壓 (1)傳感器是這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷 (2)傳感器的工作原理 傳感器感受的通常是非電學量，如壓力、溫度、位移、濃度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作傳感器原理如下圖所示現(xiàn)代信息技術(shù)與自動控制中為什么要將非電學量轉(zhuǎn)換成電學量？答案：電學量具有便于控制、便于處理(放大、衰減和波形整理等)，便于顯示和儲存，也便于遠

5、距離傳輸?shù)燃夹g(shù)方面的優(yōu)點尤其是將電學量與計算機技術(shù)結(jié)合，可以方便地實現(xiàn)信息的采集、處理、輸出的自動化和智能化，所以把非電學量轉(zhuǎn)換成電學量進行信息收集. (1)光敏電阻 特點：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化 原因：硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好 作用：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 (2)熱敏電阻和金屬熱電阻 金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻(常用的一種熱電阻是用鉑制作的)特點：金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差 熱敏電阻：溫度上升時，有些半

6、導體的導電能力增強，因此可以用半導體材料制作熱敏電阻(用氧化錳等金屬氧化物燒結(jié)而成的)特點：它的電阻隨溫度的變化非常明顯 作用：熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量 (3)霍爾元件 霍爾電壓UHkIB/d，式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān) 特點：霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 (2010北師大附中高二期中)許多樓道照明燈具有這樣的功能：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，它的控制電路中可能接入的傳感器是 () 溫度傳感器光傳感器聲音傳感器熱傳感器 AB CD 答案：B (2010江蘇啟東中學高二期

7、中)某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性現(xiàn)有器材：直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導線等 (1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在下圖的實物圖上連線 (2)實驗的主要步驟： 正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值； 在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，_，_，斷開開關(guān)； 重復第步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù) (3)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得Rt關(guān)系圖線(如圖所示)，請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt關(guān)系式：R_t()(保留3位有效數(shù)字)解析：本

8、題考查考生對基本電路的了解和基本儀器的使用，考查推理能力、實驗與探究能力、實際應用能力(1)如圖所示答案：(1)見上圖(2)記錄電壓表電壓值溫度計數(shù)值(3)100(0.4000.05)如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將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，這時表針恰好指刻度盤正中間若往Rt上擦一些酒精，表針將向_(填“左”或“右”)移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向_(填“左”或“右”)移動解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針應向左偏；用吹風機將熱風吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，

9、指針向右偏答案：左右點評：(1)負溫度系數(shù)熱敏電阻是指熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小的電阻(2)歐姆表的表盤刻度最右側(cè)為0，最左側(cè)為最大值. 如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時 () A電壓表的示數(shù)增大 BR2中電流強度減小 C小燈泡的功率增大 D電路的路端電壓降低解析：當照射光強度增大時，R3減小，整個電路中的總電阻變小，總電流變大，電壓表示數(shù)增大，而路端電壓減小，R2上的電壓變小，通過R2的電流減小，流過小燈泡的電流增大，故選項A、B、C、D均正確答案：ABCD點評：光敏電阻的阻值隨光照強度的增加而減小 (2010山東齊河高二期中)如圖所示為光

10、敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻那么當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得_(填高電壓或者低電壓)，信號處理系統(tǒng)每獲得一次_(填高電壓或者低電壓)就記數(shù)一次答案：高電壓低電壓解析：R1為光敏電阻，當有光照射時，R1的阻值變小，R2上的電壓變大，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓當傳送帶上的物體擋住光時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓. 如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？(此題描述的是著名的霍爾效應現(xiàn)象)解析：當電流在導體中流動時，運動電荷在洛

11、倫茲力作用下，分別向?qū)w上、下表面聚集，在導體中形成電場，其中上表面帶負電，電勢低，隨著正、負電荷不斷向兩表面積累，電場增強，當運動電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時，即qEqvB時，電荷將不再向上或向下偏轉(zhuǎn)，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓因為自由電荷為電子，故由左手定則可判定電子向上偏，則上表面聚集負電荷，下表面帶多余等量的正電荷，故下表面電勢高，設其穩(wěn)定電壓為U. 如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用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，如果保持電流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()A將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時，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)生變化答案：ABD