遼寧省大連市高中物理 第6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

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1、導(dǎo)入新課,勇氣號(hào)火星探測(cè)器,我們經(jīng)常會(huì)接觸這樣的生活現(xiàn)象：樓梯上的電燈能人來(lái)就開(kāi)，人走就熄。電視、空調(diào)的遙控器能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱。工業(yè)生產(chǎn)中所用的自動(dòng)報(bào)警器能自動(dòng)報(bào)警。,生活中的這些現(xiàn)象是如何實(shí)現(xiàn)的呢？這節(jié)課我們就來(lái)解釋其中的奧秘。,第一節(jié)傳感器及其工作原理,（1）知識(shí)與技能了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義。認(rèn)識(shí)一些制作傳感器的元器件，知道這些傳感器的工作原理。,教學(xué)目標(biāo),（2）過(guò)程與方法通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，讓學(xué)生了解傳感器、熟悉傳感器工作原理。經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。,（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀體會(huì)傳感器在生活、

2、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種益處，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。拓展學(xué)生的知識(shí)視野，并加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。,教學(xué)重點(diǎn)：知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，知道常見(jiàn)傳感器的工作原理。教學(xué)難點(diǎn)：傳感器的工作原理，傳感器的實(shí)際應(yīng)用。,教學(xué)重、難點(diǎn),本節(jié)導(dǎo)航,1.什么是傳感器2.光敏電阻3.熱敏電阻和金屬熱電阻4.霍爾元件,1.什么是傳感器,演示實(shí)驗(yàn)1,過(guò)程：如圖1所示，小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開(kāi)關(guān)，當(dāng)把磁鐵放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁鐵移開(kāi)，燈泡熄滅。問(wèn)題：盒子里有怎樣的裝置，才能實(shí)現(xiàn)這樣的控制？猜測(cè)：盒子里有彈性鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)

3、。,圖1,圖2,探究：打開(kāi)盒子，用實(shí)物投影儀展示盒內(nèi)的電路圖2，了解“干簧管”元件的結(jié)構(gòu)。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，電路導(dǎo)通，干簧管起到了開(kāi)關(guān)的作用。,干簧管：一種能感知磁場(chǎng)的傳感器,傳感器離我們并不遙遠(yuǎn)，隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的普及，傳感器已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活。以家用光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)為例，如圖所示，樓道里的自控照明路燈有哪些自動(dòng)控制功能？,光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路圖,演示：光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路的功能在光照情況下，聲音不能控制電燈點(diǎn)亮。關(guān)閉教室內(nèi)的光源或其它方法降低光照，聲音能“打開(kāi)”電燈，并延時(shí)幾秒后熄滅。用物體遮擋光眼處，在光照情況下聲音能控制電燈。,猜想：通過(guò)上述現(xiàn)

4、象，你能猜出光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)里有什么功能性元件嗎？展示：光聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，對(duì)照主要元件介紹原理圖。,,討論與交流,人體對(duì)外界的感覺(jué)可分為哪幾種？分別由什么器官承擔(dān)？,,視覺(jué),眼睛,聽(tīng)覺(jué),耳朵,味覺(jué),舌頭,嗅覺(jué),鼻子,觸覺(jué),皮膚,定義：能像人的感覺(jué)器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求把這些信息轉(zhuǎn)換成可用輸出信息的器件或裝置。,傳感器,分類(lèi)：（按感受信息的學(xué)科特點(diǎn)不同）物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器一般來(lái)說(shuō)，用于完成視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)功能的傳感器其接受的是光、聲波、壓力等的物理信息稱(chēng)物理傳感器；代替嗅覺(jué)、味覺(jué)功能的傳感器，則稱(chēng)化學(xué)傳感器或生物傳感器。,工作原理：,傳感器：

5、非電學(xué)量傳感器電學(xué)量,2.光敏電阻,實(shí)驗(yàn)：學(xué)生兩人一組，用萬(wàn)用電表的歐姆擋測(cè)量一只光敏電阻的阻值，實(shí)驗(yàn)分別在暗環(huán)境和強(qiáng)光照射下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照射下電阻值很小總結(jié)：光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。,光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。有些物質(zhì)，例如硫化鎘，是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。,分析,光敏電阻實(shí)物圖,特性,光敏電阻對(duì)光敏感。當(dāng)改變光照強(qiáng)度時(shí)，電阻的大小也隨著改變。一般隨著光照強(qiáng)度的增大電阻值______。,減小,材料,制作光敏電阻的材料一般為半導(dǎo)體。如：硫化鎘。,結(jié)構(gòu),

6、絕緣基板、光敏材料層、電極、引線,原理,光照增強(qiáng)，半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加，材料的電阻率減小。,光敏傳感器部件,光照越強(qiáng)，電阻越小,光信息,電信息,,3.熱敏電阻和金屬熱電阻,實(shí)驗(yàn)1：如圖所示，AB間接有一段鎢絲（從舊日光燈管中取出），閉合開(kāi)關(guān)，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時(shí)，燈泡亮度明顯變暗。,探究：鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大。總結(jié)：用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱(chēng)為熱電阻。如前面已經(jīng)學(xué)過(guò)的用金屬鉑可制作精密的電阻溫度計(jì)。,實(shí)驗(yàn)2：學(xué)生兩人一組，用萬(wàn)用電表的歐姆擋測(cè)一只熱敏電阻的阻值。第一次直接測(cè)量，第二次用手心捂住熱敏電阻再測(cè)量，記錄兩次測(cè)得的電阻值。探究：熱敏

7、電阻的阻值隨溫度的升高而減小，且阻值隨溫度變化非常明顯。總結(jié)：半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。,特性,溫度高低，電阻的大小，靈敏度高，溫度系數(shù)34%，比金屬大一個(gè)數(shù)量級(jí)。,材料,NTC型（負(fù)溫度系數(shù)）氧化錳和氧化銅混合燒結(jié)。PTC型（正溫度系數(shù)）鈦酸鋇為主要材料。,原理,溫度升高，半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加，材料的電阻率減小。,結(jié)構(gòu),熱敏材料、電極、引線、外防護(hù)層。,4.霍爾元件,特性,材料,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向，霍爾電壓UH的大小和方向。,硅、鍺、砷化銦。,結(jié)構(gòu),原理,霍爾效應(yīng)UH=KHBI,材料薄片、電極、引線、外封裝。,一個(gè)霍爾元件的d和k為定值,再保持I恒定

8、,則UK的變化就與B成正比。,把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。,工作原理圖,課堂小結(jié),1.干簧管是一種能感知磁場(chǎng)的傳感器2.能像人的感覺(jué)器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求把這些信息轉(zhuǎn)換成可用輸出信息的器件或裝置。3.光敏電阻電阻的大小隨著光照強(qiáng)度的增大電阻值減小。,課堂練習(xí),1.如圖所示，將萬(wàn)用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆檔”，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間若往Rt上擦一些酒精，表針將向（填“左”或“右”移動(dòng)）；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向（填“左”或“右”移動(dòng)）。,右,左,2.如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖

9、，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（）A.當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B.當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次,AC,教材習(xí)題答案,1.解答：甲圖中，當(dāng)待測(cè)物體位移變化時(shí)，軟鐵芯2、3間的空氣間隙變化，線圈4的電感值發(fā)生變化。這一變化通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電路中輸出電流的變化，這樣電流的變化就與位移的變化建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，電流的變化量就反映出被測(cè)物體位移的變化量。乙圖中被測(cè)物體位移變化，帶動(dòng)軟鐵芯2在線圈中運(yùn)動(dòng)，線圈的電感值將變化，這一變化通過(guò)轉(zhuǎn)換電路和檢測(cè)電路輸出電流，就得到被測(cè)物體位移的變化。,