高中物理《傳感器及其工作原理》教案13 新人教版選修3-2

1、傳感器及其工作原理一、教學(xué)目標(biāo)概覽 1、知道什么是傳感器，傳感器的工作原理。 2、知道傳感器中常見(jiàn)的三種敏感元件及其它們的工作原理。 3、了解電容式傳感器的應(yīng)用。二、聚焦重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：理解并掌握傳感器的三種常見(jiàn)敏感元件的工作原理。 難點(diǎn)：分析并設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。三、教學(xué)互動(dòng) （一）傳感器 1、概念：_。 2、原理圖： 3、三種常見(jiàn)的敏感元件 （1）光敏電阻 材料及構(gòu)造 工作原理 功能：把_（光學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 熱敏電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 d）分類： 正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻（特點(diǎn)） 負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻（特點(diǎn)

2、） 金屬熱電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 （3）霍爾元件 材料及構(gòu)造 霍爾電壓：_。 推導(dǎo)： 功能：把_（磁學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_(kāi)（電學(xué)量）。 （二）傳感器的分類 1、分類 2、電容式傳感器四、課堂探究 【例1】有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用墨紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A、置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻B、置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻C、用墨紙包住元件與不用墨紙包住元件相比，歐姆

3、表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻D、用墨紙包住元件與不用墨紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻 【例2】如圖所示：（1）圖甲是_的電容式傳感器，原理是_；（2）圖乙是_的電容式傳感器，原理是_；（3）圖丙是_的電容式傳感器，原理是_；（4）圖丁是_的電容式傳感器，原理是_。 【例3】如圖所示，將萬(wàn)用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與NTC熱敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)指針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精，指針將向_（填“左”或“右”）移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向Rt，則指針將向_（填“左”或“右”）移動(dòng)。 （遷移）若Rt為PTC熱敏電阻，情況如何？

4、 【例4】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（即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管內(nèi)橫截面積的流體的體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(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)的兩端與輸送流體的管道相連（圖中的虛線）。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?，F(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)電流體穩(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，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 （ ）A、 B、 C、 D、五、課堂跟蹤反饋1

5、.PTC熱敏電阻隨溫度升高而_，NTC熱敏電阻隨溫度升高而_；光敏電阻在光照射下其電阻顯著_.2.如圖所示，是一種測(cè)定角度的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金屬板構(gòu)成的動(dòng)片和定片之間的角度發(fā)生變化時(shí)，試分析傳感器是如何將這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的?3.如圖所示是電阻式溫度計(jì)，一般是利用金屬鉑做的，已知鉑絲的電阻隨溫度的變化情況，測(cè)出鉑絲的電阻就可以知道其溫度.這實(shí)際上是一個(gè)傳感器，它是將_轉(zhuǎn)化為_(kāi)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的.4.在自動(dòng)恒溫裝置中，某種半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，已知這種材料具有發(fā)熱和控溫雙重功能，下列說(shuō)法正確的是：(1)通電前材料的溫度低于t1，通電后，電壓保持不變，它們功率是（ ）A.先增大后

6、減小B.先減小后增大C.達(dá)到某一溫度后功率不變D.功率一直在變化(2)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在 （ ）A.t1B.t2C.t1到t2的某個(gè)溫度上D.大于t2的某個(gè)溫度上5.在如圖的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與D間距不變，下列說(shuō)法正確的是 （ ）A.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減少C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移時(shí)，L消耗的功率可能不變D.無(wú)論怎樣移動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變6.如圖所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，用光

7、照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷 （ ）A.=B.D.不能確定和的關(guān)系六、課后自主評(píng)價(jià)1.如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測(cè)量車速和行程的裝置的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪.車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)光的光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后就成脈沖光信號(hào)，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電子電路記錄和顯示.若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測(cè)出小車的速度和行程還必須測(cè)量的物理量或數(shù)據(jù)是_；小車速度的表達(dá)式為v=_；行程的表達(dá)式為s=_.2.用傳感器進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，常常要用到繼電器.如圖所

8、示為初中學(xué)過(guò)的繼電器原理示意圖.其中L是電磁鐵，當(dāng)ab間接通電源后，銜鐵S被吸引向下，這樣，ce由原來(lái)閉合接通的狀態(tài)變?yōu)閿嚅_(kāi)，而cd則由原來(lái)斷開(kāi)的狀態(tài)變?yōu)殚]合接通.通常將傳感器、低壓電源接入與電磁鐵L相連的ab回路來(lái)執(zhí)行對(duì)繼電器的控制，而cde回路則用來(lái)執(zhí)行對(duì)有關(guān)電器的控制，試設(shè)計(jì)一個(gè)用光敏電阻來(lái)控制路燈的實(shí)驗(yàn)電路，要求是光暗時(shí)燈亮，光亮?xí)r燈熄.可供選擇的儀器如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線.3.如圖所示是彩色電視接收機(jī)的消磁電路示意圖，R是熱敏電阻，L是消磁線圈，試說(shuō)明此電路的工作過(guò)程。4.（2003上海）圖為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度

9、很敏感）的I-U關(guān)系曲線圖。（1）為了通過(guò)測(cè)量得到圖中所示I-U關(guān)系的完整曲線，圖（a）和（b）兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：_；（電源電動(dòng)勢(shì)為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0100）（2）在右圖所示的電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1250。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)V；電阻R2_；（3）舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子。5.（2005上海）一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤上沿半徑開(kāi)有一條寬度為2mm的均勻狹縫。將激光器與傳感器上下對(duì)準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動(dòng)，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過(guò)激光器與傳感器之間時(shí)，傳感器接收到一個(gè)激光信號(hào)，并將其輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖（a）為該裝置示意圖，圖（b）為所接收的光信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表