202X高中物理第六章傳感器1傳感器及其工作原理課件新人教版選修3_2

1、自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)合作探究重難疑點(diǎn)課時(shí)作業(yè)解題技巧素養(yǎng)培優(yōu)1 傳感器及其工作原理學(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(shí)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、熱敏電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理及作用1傳感器(1)定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)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_的元件(2)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行_、傳輸、 _和_非電學(xué)量電學(xué)量電路的通斷測(cè)量處理控制2光敏電阻(1)特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻_(2)原因：無光照時(shí)，載流子極_，導(dǎo)電性能_；隨著光照的增強(qiáng)，載

2、流子_，導(dǎo)電性_(3)作用：把_這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量越小少不好增多變好光照強(qiáng)弱電阻有一種電水壺為了防止燒干后引起事故，在水壺上安裝了傳感器，當(dāng)壺中的水減少到一定程度時(shí)，就會(huì)自動(dòng)斷電，這種水壺上安裝了什么樣的傳感器？ 【提示】這種水壺上安裝了壓力傳感器，當(dāng)水壺中的水減少到一定程度時(shí)，壓力減小，壓力傳感器使電路斷開，起保護(hù)作用1傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷( )2干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的( )3光敏電阻本身就是一種傳感器( )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電阻率隨溫度升高而_電阻率隨溫度升高電阻率隨溫度升高而而_制作材料制作材料_優(yōu)點(diǎn)優(yōu)

3、點(diǎn)靈敏度好靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍大量范圍大作用作用將將_這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量這個(gè)電學(xué)量減小增大半導(dǎo)體金屬溫度電阻熱敏電阻的阻值是否一定隨溫度的升高而減??？【提示】不一定，有的隨溫度的升高而增大(PTC元件)，有的隨溫度的升高而減小(NTC元件)1熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度的感知很靈敏( )2半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時(shí)電阻大幅度變化( )3金屬熱電阻的溫度升高時(shí)電阻升高( )1構(gòu)造很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N.正 3作用把_這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_這個(gè)電學(xué)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓如圖612所示為矩形金屬薄片，水平放入豎直向下的

4、磁場(chǎng)中，當(dāng)電流的方向如圖所示時(shí)，試分析N、M兩側(cè)面電勢(shì)的高低 圖612【提示】對(duì)于金屬薄片，真正參與導(dǎo)電的是電子，當(dāng)通如題圖所示的電流時(shí)，電子沿電流的反方向移動(dòng)，因此受到的洛倫茲力指向N，N側(cè)面聚集負(fù)電荷，電勢(shì)較低，M側(cè)面帶正電荷，電勢(shì)較高，即MN. 預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中問題問題1問題問題2問題問題3問題問題4學(xué)生分組探究一傳感器的工作原理及分類第1步探究分層設(shè)問，破解疑難1傳感器是起什么作用的元件？【提示】傳感器是一種將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件2夜晚，樓道里漆黑一片但隨著我們的腳步聲響，樓道的燈亮了，身后的燈則依次熄滅這其中的奧妙是什么？【提示】在電路中安

5、裝了一種能將聲、光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器聲光延時(shí)開關(guān)第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng)1傳感器的工作原理敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器宮，直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量成一定關(guān)系的易于測(cè)量的物理量2光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件特性成因?qū)Ρ仍a(chǎn)生變化的原因產(chǎn)生變化的原因光敏光敏電阻電阻半導(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)空穴增多，即載流子數(shù)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)，電阻減小增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小熱敏熱敏電阻電阻對(duì)于負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，有更多對(duì)于負(fù)

6、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，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減小霍爾霍爾元件元件霍爾元件兩極間通入恒定的電流，同時(shí)外加與薄片霍爾元件兩極間通入恒定的電流，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)垂直的磁場(chǎng)B時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作時(shí)，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，在另用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，在另兩極上形成電壓兩極上形成電壓第3步例證典例印證，思維深化如圖613所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變

7、而改變，且對(duì)溫度很敏感)的IUt關(guān)系曲線圖將該熱敏電阻連入如圖614所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 .由熱敏電阻的IUt關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_V；電阻R2的阻值為_.圖614【思路點(diǎn)撥】IU圖線中，圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，從圖甲可看出，該圖線的斜率逐漸增大，故可知其阻值隨著溫度升高而減小【答案】5.3108.8第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化1(2014日照高二檢測(cè))如圖615所示，由電源、小燈泡、金屬電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是()圖615

8、A小燈泡的電阻發(fā)生了變化B小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化【解析】溫度升高，金屬電阻絲電阻率增大，電阻增大，電路中電流減小，燈泡亮度減弱【答案】C2(2014揚(yáng)州中學(xué)高二檢測(cè))如圖616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(shí)，下列描述正確的是()AR1兩端的電壓增大B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強(qiáng)圖616D小燈泡的亮度變?nèi)酢窘馕觥縍2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，電路中電流減小，外電路電壓增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈L電壓增

9、大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)【答案】C學(xué)生分組探究二電容式傳感器第1步探究分層設(shè)問，破解疑難1平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān)？2電容式傳感器是如何實(shí)現(xiàn)將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為便于測(cè)量的電學(xué)量的？【提示】極板正對(duì)面積及兩極板間距離的變化、電介質(zhì)插入極板間深度的變化，會(huì)引起電容器電容的變化，通過測(cè)定電容的變化就可以得出引起電容變化的非電學(xué)量的變化規(guī)律第2步結(jié)論自我總結(jié)，素能培養(yǎng)常見電容式傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測(cè)定角度測(cè)定角度的的電容式傳感器電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度的角度發(fā)生變化發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)時(shí)，引起極板正對(duì)面積面積S的變化，使的變化，使電容電容

10、C發(fā)生變發(fā)生變化知道化知道C的變化，的變化，就可以知道就可以知道的變的變化情況化情況測(cè)定液體測(cè)定液體深度深度h的的電容式傳電容式傳感器感器導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液體深度物質(zhì)就是電介質(zhì)，液體深度h發(fā)發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容變化，使電容C發(fā)生變化知發(fā)生變化知道道C的變化，就可以知道的變化，就可以知道h的變的變化情況化情況測(cè)定壓力測(cè)定壓力F的電容的電容式傳感器式傳感器待測(cè)壓力待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，極上的時(shí)候，膜片發(fā)生

11、形變，使極板間距離使極板間距離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，的變化，就可以知道就可以知道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)隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，度發(fā)生變化，電容電容C發(fā)生變發(fā)生變化知道化知道C的變的變化，就可以知化，就可以知道道x的變化情況的變化情況第3步例證典例印證，思維深化傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖617是由電容器作為傳感器來測(cè)定壓力變化的電路，當(dāng)待測(cè)壓力作用于膜片電極上時(shí)，下列說法中正確的是 ()若F向下壓膜片電極，電路中有從a到b的電流；若F向下壓膜片電極，電路中有

12、從b到a的電流；若F向下壓膜片電極，電路中不會(huì)有電流產(chǎn)生；若電流表有示數(shù)，說明壓力F發(fā)生變化；若電流表有示數(shù)，說明壓力F不會(huì)發(fā)生變化A B C D電容器電容C變大，根據(jù)QCU知，極板帶電量將增大，電容器充電，電路中有從b到a的電流，說法正確；若電流表有示數(shù)，說明電容器有充放電，極板帶電量發(fā)生變化，根據(jù)QCU知，電容器電容C發(fā)生變化，從而判斷出作用在可動(dòng)膜片電極上的壓力F發(fā)生變化，說法正確故A項(xiàng)正確【答案】A電容式傳感器可以將非電學(xué)量(如：介質(zhì)的變化、距離的變化、正對(duì)面積的變化)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，根據(jù)這一原理，利用電容式傳感器也可以測(cè)定距離、面積等物理量，如果板間距離的變化是由壓力引起的，那么也可以

13、利用電容式傳感器測(cè)壓力電容式傳感器實(shí)際上是一個(gè)多功能傳感器，可用來做壓力、轉(zhuǎn)角、位移、壓強(qiáng)、聲音等傳感器，電容式傳感器具有體積小、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)第4步巧練精選習(xí)題，落實(shí)強(qiáng)化1如圖618所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線位置推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不動(dòng)D

14、向左偏到某一刻度后不動(dòng)2如圖619所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接聲源S做位移xAsin(100t)的振動(dòng)，則()Aa振動(dòng)過程中，a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變Ba振動(dòng)過程中，a、b板所帶電荷量不變Ca振動(dòng)過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流Da向右的位移最大時(shí)，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大傳感器問題中的電路動(dòng)態(tài)分析技巧分析該類問題時(shí)，關(guān)鍵要做到以下四點(diǎn)：1如果涉及光敏電阻，必須明確光照情況怎樣變化，從而判斷出其阻值的變化2如果涉及熱敏電阻，必須明確是正溫度系

15、數(shù)還是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻及溫度變化情況，從而判斷其阻值的變化3如果是其他元件引起的電路變化可具體問題具體分析4結(jié)合電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及局部阻值的變化，根據(jù)閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關(guān)物理量的變化(多選) (2014宿遷高二檢測(cè))如圖6110所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)()A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流強(qiáng)度增大C小燈泡的功率增大D電源的路端電壓降低圖6110先看名師指津 1掌握熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律和光敏電阻的阻值隨光強(qiáng)的變化規(guī)律是解決這類問題的前提2掌握動(dòng)態(tài)直流電路問題的分析程序是解決此類問題的關(guān)鍵具體如下：(1)“先阻后流”，即先分析內(nèi)電阻變化，然后根據(jù)閉合電路歐姆定律分析干路電流變化情況；(2)“先內(nèi)后外”，即先分析內(nèi)電壓變化，再分析外電壓變化；(3)“先干后支”，即先分析干路再分析并聯(lián)支路； (4)“先定后變”，即先分析定值電阻上的電流、電壓變化，再分析電阻發(fā)生變化的敏感元件上的電流與電壓再演練應(yīng)用 (2014珠海檢測(cè))如圖6111是一火