高中人教物理選擇性必修二5.2 常見傳感器的工作原理及應用（導學案）-同步備課

1、5.2常見傳感器的工作原理及應用了解光敏電阻、熱敏電阻、電阻應變片及電容式傳感器的工作特征及工作原理。知道傳感器是如何將非電學量轉化為電學量的物理過程。【重點】了解光敏電阻、熱敏電阻、電阻應變片以及電容式傳感器的工作原理。【難點】不同傳感器在實際生產中應用時所涉及的物理原理、相應的定性分析及定量運算。 【課前自主學習】一、知識前置把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個互不相連的梳狀電極，就形成一個_，光敏電阻的阻值會隨著光照強度的增加而不斷_；金屬熱電阻：_。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做_。熱敏電阻：_。有一種熱敏電阻是用氧化錳等金屬氧化物燒結而成的，它的電阻隨溫度的變化_

2、。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的_，測溫范圍大，但靈敏度較差。電容器的_ 決定于極板的正對面積 S、_以及_這三個因素。如果某個物理量的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定這個物理量的變化，由此可以制成_。二、新知學習1.想一想：我們知道，傳感器可以感受光強、溫度、力、磁等非電學量，并把它們轉換為與之有確定對應關系的電學量輸出。那么，常見的傳感器是怎樣感知非電學量，并將其轉換為電學量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應用呢？問題：那么什么是非電學量呢？什么又是電學量呢？1、什么是光敏電阻：隨著光照強度的變化，電阻率在發(fā)生相應變化的物

3、質。把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個互不相連的梳狀電極，就形成一個_。2、實 驗一、觀察光敏電阻特性1）實驗原理光敏電阻的阻值會隨著光照強度的增加而不斷_，用歐姆表連接電阻，用不同強度的光照射電阻，通過觀察歐姆表的示數變化，來研究_與光強的關系。2）實驗器材_、多用電表、導線、電源。3）實驗步驟（1)將_、多用電表、按圖甲的方式連接好，其中多用電表置于“100”擋；（2)先測出在室內自然光的照射下_的阻值，并記錄數據；（3)用手掌(或黑紙)遮光時，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。（4）用強光照射（如太陽光直接照射或拿亮度較大的手電筒、小燈泡等）觀察多用電表表盤指

4、針顯示電阻阻值的情況，并記錄。4）數據處理根據記錄數據分析光敏電阻的特性。5）實驗結論(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，隨著光強的變化阻值_，強光照射下電阻值_；(2)光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。思考：為什么光敏電阻的阻值會隨光強的變化而變化呢？3、光敏電阻在生產中的應用光電計數器其中A是發(fā)光儀器，B是接收光信號的儀器，B中的主要元件是由光敏電阻組成的光電傳感器。當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值較小，供給信號處理系統(tǒng)的電壓變低；當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，供給信號處理系統(tǒng)的電壓變_。這種高低交替變化的信號經

5、過處理，就會轉化為相應的數字，實現_功能 光電計數器4、金屬熱電阻與熱敏電阻的區(qū)別金屬熱電阻：_。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做_。熱敏電阻：_。有一種熱敏電阻是用氧化錳等金屬氧化物燒結而成的，它的電阻隨溫度的變化_。說明：與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的_，測溫范圍大，但靈敏度較差。實驗二、觀察熱敏電阻特性方案1：（簡易實驗）將多用電表的選擇開關調到電阻擋（注意選擇適當的倍率），將一只熱敏電阻連接到多用電表表筆的兩端。分別用手和冷水改變熱敏電阻的溫度，觀察電阻的變化情況。實驗結果：_6、熱敏電阻的應用一些汽車的低油位報警裝置采用熱敏電阻來檢測油箱的警戒液位。若給熱敏電阻通以一定的電流，熱

6、敏電阻會_。當液面高于熱敏電阻的高度時，熱敏電阻發(fā)出的熱量會_，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮（圖甲）。當液體減少、熱敏電阻露出液面時，發(fā)熱導致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮（圖乙）。通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道_。 液位報警示意圖7、電阻應變片的工作原理電阻應變片是一種使用非常廣泛的力敏元件，電阻與導體的_有關。當金屬絲受到拉力時，長度變長、橫截面積變小，導致電阻變大；當金屬絲受到壓力時，長度變短、橫截面積變大，導致電阻_。金屬導體在外力作用下發(fā)生機械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發(fā)生變化的現象，稱為_效應。_就是利用這一原理制成的。 電阻應變片電阻應

7、變片的功能：_8、力傳感器的應用及工作原理 彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應變片。在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應變片的電阻變大，下表面應變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變越大，應變片的電阻_。如果讓應變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應變片兩端的電壓變大，下表面應變片兩端的電壓_。傳感器把這兩個電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就_。應變片測力原理9、電容式傳感器定義及特點1、定義：_2.特點 ：_10、電容式傳感器的工作原理電容器的_ C 決定于極板的正對面積 S、_以及_這三個因素。如果某個物理量的變化能引起上述某個因素的

8、變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定這個物理量的變化，由此可以制成_。11、電容式傳感器的應用及優(yōu)缺點應用：_。優(yōu)點：_。缺點：_。1（單選）街旁路燈,江海里的航標都要求在夜晚亮,白天熄,其利用了半導體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用2（單選）如圖所示,電源的電動勢為E,內阻為r,R1為光敏電阻,光照強度增加時,其阻值減小?，F增加光照強度,則下列判斷正確的是()A.B燈變暗,A燈變亮B.R2兩端的電壓變大C.B燈變亮,A燈變暗D.電源的總功率變小3.（單選）如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置部分電路示意圖,R1為光敏電阻(光照

9、增強時電阻變小),R2為定值電阻,A、B接監(jiān)控裝置。則()當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓升高當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓降低當僅增大R2的阻值時,可增大A、B之間的電壓當僅減小R2的阻值時,可增大A、B之間的電壓A.B.C.D.4.（單選）壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學利用壓敏電阻設計了判斷電梯運動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖甲所示，將壓敏電阻平放在電梯內，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數為I0，電梯在運動過程中，電流表的示數如圖乙所示，下列判斷中正確的是()A乙圖表示電梯做勻速直線運動B乙圖表示電梯做勻加速運動C乙圖表示電梯做變加速運動D

10、乙圖表示電梯做勻減速運動5.小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制。經檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。參照如圖所示恒溫箱，下列對故障判斷正確的是()A只可能是熱敏電阻出現故障B只可能是溫度設定裝置出現故障C熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現故障D可能是加熱器出現故障6.如圖甲所示，為熱敏電阻的Rt圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 。當線圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E9.0 V，內阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則(1)應該把恒溫箱內的加熱器接在_(填“A

11、、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒溫箱內的溫度保持50 ，可變電阻R的阻值應調節(jié)為_ 。 參考答案【答案】B【解析】街旁路燈、江海里的航標,要求夜晚亮、白天熄,白天光照強,夜晚光照弱,可知是由光導致電路的電流變化,實現自動控制的,因此是利用半導體的光敏性,選項B正確。2.【答案】B【解析】增加光照強度時,R1的阻值減小,電路的總電阻減小。根據閉合電路的歐姆定律可知,電路中的總電流增大,電源的總功率增大,路端電壓減小,A燈變暗,R2兩端的電壓變大,R1兩端的電壓變小,B燈變暗,選項B正確,A、C、D錯誤。3.【答案】C【解析】由電路圖可知,兩電阻串聯,監(jiān)控裝置與R2并聯。當有人通過通道而

12、遮蔽光線時,R1阻值變大,電路中的總電阻變大,根據閉合電路歐姆定律可知,電路中的總電流變小,定值電阻R2兩端的電壓變小,即A、B間電壓降低,故正確,錯誤;當僅增大R2的阻值時,電路中的總電阻變大,總電流變小,根據UAB=E-I(r+R1)可知,A、B之間的電壓增大,正確,同理可知錯誤。故選C。4.【答案】C【解析】從題圖乙可以看出電流增大，由歐姆定律知道壓敏電阻阻值應該減小，結合壓敏電阻特點可以判斷，壓力增大，而且電流逐漸變大，壓力應該也是逐漸增大，說明電梯的加速度逐漸增大，所以電梯做變加速運動，C對。5.【答案】C【解析】恒溫箱內溫度持續(xù)升高，說明加熱器沒有損壞，選項D錯誤。無法自動控制，而經檢查控制器又沒有故障，說明控制器沒問題。熱敏電阻或溫度設定裝置出現故障都能使溫度持續(xù)升高，故應選C。6.【答案】(1)A、B端(2)260【解析】(1)由題圖知，熱敏電阻R的阻值隨溫度的升高而減小，由閉合電路