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1、1傳感器及其工作原理第六章傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解什么是傳感器，感受傳感技術(shù)在信息時代的作用與意義.2.知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理及作用.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、傳感器及工作原理一、傳感器及工作原理1.傳感器的定義：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)換為便于傳送和處理的另一個物理量(通常是電壓、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 轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測量、傳輸、處
2、理和 .物理電學(xué)通斷控制非電學(xué)量二、光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理二、光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理1.當(dāng)半導(dǎo)體材料受到 或者溫度 時，會有更多的電子獲得能量成為 電子，同時也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng).2.光敏電阻是用 材料(如硫化鎘)制成的.它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越 .它能夠把 這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個電學(xué)量.光照升高自由半導(dǎo)體小光照強(qiáng)弱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)1.熱敏電阻：用 材料制成.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.(1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻 .(2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻 .2.金屬
3、熱電阻：金屬的電阻率隨溫度 而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成 傳感器，稱為熱電阻.半導(dǎo)體增大升高減小溫度四、霍爾元件的特點(diǎn)四、霍爾元件的特點(diǎn)1.霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，載流子所受 和 二力平衡.2.霍爾電壓：UHk (d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)).其中 的變化與 成正比，所以霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量.電場力洛倫茲力BUH即學(xué)即用即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.()(2)光敏電阻的阻值隨光照的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)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(qiáng)，但靈敏度低.()(4)霍爾
4、元件一共有兩個電極，電壓這個電學(xué)量就通過這兩個電極輸出.()答案2.如圖1所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時，電流表的讀數(shù)_(填“變大”或“變小”)，小燈泡的亮度_(填“變亮”或“變暗”).答案圖1變小變亮重點(diǎn)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究干簧管結(jié)構(gòu)：如圖2所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖3電路，當(dāng)條形磁鐵靠近干簧管時：一、傳感器答案答案燈泡會亮，因?yàn)楫?dāng)條形磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通.圖2 圖3(1)會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？答案(2)干簧管的作用是什么？答案答案干簧管起到開關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器.圖2 圖3答案知
5、識深化知識深化1.傳感器的原理：傳感器的原理：非電學(xué)量 傳感器(敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路)電學(xué)量2.在分析傳感器時要明確在分析傳感器時要明確(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的.解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減小；油量減少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大.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.例例1如圖4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
6、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.若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖4答案答案見解析答案解析導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖5所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？二、光敏電阻圖5答案答案答案當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計數(shù)一次.例例2(多選)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏
7、電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時A.電壓表的示數(shù)增大B.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圖6解析答案解析解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，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(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤.因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B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，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖7所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，
8、電阻減小)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，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？三、熱敏電阻和金屬熱電阻圖7答案答案答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右偏.例例3(多選)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)對電路相關(guān)物理量的控制.如圖8所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器.當(dāng)環(huán)境溫度降低時A.電容器C的帶電荷量增大B.電壓表的讀數(shù)增大C.電容器C兩板間的電場強(qiáng)度減小D.R1消耗的功率
9、增大圖8答案解析解析解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I 知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場強(qiáng)E ，QCU2可知Q、E都增大，故A正確，C錯誤.含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟1.明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強(qiáng)度)的增加是增大還是減小.2.分析整個回路的電阻的增減、電流的增減.3.分析部分電路的電壓、電流如何變化.技巧點(diǎn)撥技巧點(diǎn)撥導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖9所示，在矩形半導(dǎo)體薄片
10、E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，則M、N間會出現(xiàn)電壓，稱為霍爾電壓UH.(1)分析為什么會出現(xiàn)電壓.四、霍爾元件圖7答案答案答案薄片中的載流子在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)了電壓.(2)試推導(dǎo)UH的表達(dá)式.圖7答案答案答案設(shè)薄片厚度為d，EF方向長度為l1，MN方向長度為l2，受力分析如圖當(dāng)洛倫茲力與電場力平衡時，M、N間電勢差達(dá)到穩(wěn)定.再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式InqvS，Sl2d令k ，其中n為材料單位體積的載流子的個數(shù)，q為單個載流子的電荷量，它們均為常數(shù).則有知識深化知識深化霍爾電勢高低的判斷方法：利用左手定則，即磁感線垂直穿入手
11、心，四指指向電流方向，拇指指的方向?yàn)檩d流子的受力方向，若載流子是正電荷，則拇指所指的面為高電勢面，若載流子是負(fù)電荷，則拇指所指的面為低電勢面.例例4如圖10所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時，導(dǎo)體的上、下表面的電勢的關(guān)系(上板為M，下板為N)是A.MNB.MNC.MN.故選A.答案解析達(dá)標(biāo)檢測1.(對傳感器的理解對傳感器的理解)在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān)，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是A.光傳感器 B.溫度傳感器C.聲傳感器 D.磁傳感器答案1234解析解析滑動觸頭P左移，滑動變阻器接入電路的電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻
12、R減小，最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果.2.(光敏電阻的特性光敏電阻的特性)如圖11所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，R和L之間用擋板(未畫出)隔開，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C.當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變圖11答案解析1234解析解析R2與燈泡L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，然后與電流表、電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)熱敏電阻R2溫度降低時，它的電阻值增大，外電路電阻增大，電流
13、表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈泡L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，A、B、D均錯誤.3.(熱敏電阻的特性熱敏電阻的特性)如圖12所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)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(qiáng)D.小燈泡的亮度變?nèi)醮鸢附馕鰣D1212344.(霍爾元件的認(rèn)識及應(yīng)用霍爾元件的認(rèn)識及應(yīng)用)(多選)如圖13所示是霍爾元件的示意圖，一塊通電的銅板放在磁場中，銅板的前、后板面垂直于磁場，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn)，則A.電勢abB.電勢baC.僅電流增大時，|ab|增大D.其他條件不變，將銅板改為NaCl 溶液時，電勢結(jié)果仍然一樣答案解析圖121234解析解析銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動的方向與電流的方向相反，由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以ba，B正確，A錯誤；因|ab|k ，所以電流增大時，|ab|增大，C正確；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負(fù)離子均向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，|ab|0，即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，故D錯誤.1234
（通用）高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教選修32
