《傳感器及其應(yīng)用》第二課時(shí)學(xué)案

4/44.4傳感器及其應(yīng)用第二課時(shí)（四）溫度傳感器的應(yīng)用☆考點(diǎn)點(diǎn)撥溫度傳感器是將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電流這個(gè)電學(xué)量的?！纠?】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能，對(duì)此以下說法中正確的是（）A．通電后其功率先增大后減小B．通電后其功率先減小后增大 C．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1至t2的某一值不變D．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變解析：根據(jù)PTC元件的電阻率隨溫度變化的曲線，可知在常溫下，它的電阻是相當(dāng)小的，通入電流以后，隨著溫度的升高，其電阻率先變小后增大，那么它的功率先變大，后變小，溫度保持在在t1至t2的某一值不變，這時(shí)候電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果溫度再升高，電阻率變大，導(dǎo)致電流變小，溫度就會(huì)降下來；如果溫度降低，電阻率減小，導(dǎo)致電流變大，溫度就會(huì)升上去，所以本題正確答案為A、C。答案：AC☆考點(diǎn)精煉4．一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)．PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示．試根據(jù)圖線分析：（1）為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快？（2）通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在T_____<t<T_______范圍之內(nèi)．（填下標(biāo)數(shù)字）（五）霍爾元件的應(yīng)用☆考點(diǎn)點(diǎn)撥霍爾元件是將電磁感應(yīng)這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量的元件?！纠?】如圖所示，厚度為h、寬為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)電勢(shì)差U，電流I和B的關(guān)系為U=k

，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)?；魻栃?yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。設(shè)電流I是由電子定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)下側(cè)面Ａ的電勢(shì)（填高于、低于或等于）。（2）電子所受的洛倫茲力的大小為。（3）當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為U時(shí)，電子所受的靜電力的大小為．（4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。解析：霍爾效應(yīng)對(duì)學(xué)生來說是課本里沒有出現(xiàn)過的一個(gè)新知識(shí)，但試題給出了霍爾效應(yīng)的解釋，要求學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)解決問題，這實(shí)際上是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的測(cè)試，具有較好的信度和效度。（1）首先分析電流通過導(dǎo)體板時(shí)的微觀物理過程。由于導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流是電子的定向運(yùn)動(dòng)形成的，電流方向從左到右，電子運(yùn)動(dòng)的方向從右到左。根據(jù)左手定則可判斷電子受到的洛侖茲力的方向向上，電子向A板聚集，A1板出現(xiàn)多余的正電荷，所以A板電勢(shì)低于A1板電勢(shì)，應(yīng)填“低于”。（2）電子所受洛侖茲力的大小為（3）橫向電場(chǎng)可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度，電子所受電場(chǎng)力的大小為（4）電子受到橫向靜電力與洛倫茲力的作用，由兩力平衡有e＝evB可得Ｕ＝hvB通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度微觀表達(dá)式為由題目給出的霍爾效應(yīng)公式，有得點(diǎn)評(píng)：①該題是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，但原先只有磁場(chǎng)，電場(chǎng)是在通電后自行形成的，在分析其他問題時(shí)，要注意這類情況的出現(xiàn)。②聯(lián)系宏觀量I和微觀量的電流表達(dá)式是一個(gè)很有用的公式?！羁键c(diǎn)精煉5．電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖7所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測(cè)得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，