2018_2019學(xué)年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版.pptx

1、第1節(jié)傳感器及其工作原理, 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1知道什么是傳感器，理解非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的意義 2通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解敏感元件的工作原理 3了解傳感器在生活中的應(yīng)用,課前預(yù)習(xí) 自主學(xué)習(xí),基礎(chǔ)知識(shí)梳理,一、傳感器 1定義 能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等物理量，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(gè)物理量(通常是 、 等電學(xué)量)，或轉(zhuǎn)換為電路的 的一類(lèi)元件 2作用 把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為 量，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了,電壓,電流,通斷,電學(xué),3工作過(guò)程,二、傳感器的分類(lèi) 1光敏電阻 光敏電阻是一種電阻值隨入射光的 而改變的電阻器 2熱敏電阻和金屬熱電阻 (1)熱敏電阻 利

2、用 變化使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化的特性制成的電子元件 (2)金屬熱電阻 根據(jù)金屬的電阻率隨溫度的升高而 ，利用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱(chēng)為熱電阻,強(qiáng)弱,溫度,增大,(3)熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把 這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量,溫度,電阻,3霍爾元件 霍爾元件是利用制成的新型磁敏元件霍爾傳感器是由霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電路構(gòu)成的 4電容式傳感器 電容式傳感器是能夠把物體這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量的電子元件,霍爾效應(yīng),位移,知識(shí)精講 易錯(cuò)辨析,教材要點(diǎn)解讀,要點(diǎn)一光敏電阻,光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為

3、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中電流減小 C小燈泡的功率增大 D電路的路端電壓增大 【分析】R3的變化R并變化R總變化I總變化U端變化各電流、電壓的變化,例 1,【解析】當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，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(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確 【答案】ABC,【方法總結(jié)】 (1)光敏電阻的阻值隨光照

4、強(qiáng)度的增加而減小 (2)光敏電阻阻值的變化可以引起電路中其他物理量的變化，通過(guò)分析電路解決問(wèn)題,如圖所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的中央若用不透光的黑紙將Rt包裹起來(lái)，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射Rt，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng),變式訓(xùn)練 1-1,解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將Rt用不透光的黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏 答案：左右,要點(diǎn)二熱敏電阻和金屬熱電阻,按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫

5、度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小,(多選)如圖是測(cè)試熱敏電阻R的實(shí)驗(yàn)電路圖，滑動(dòng)變阻器已調(diào)節(jié)到某一適當(dāng)?shù)闹祵?shí)驗(yàn)中觀察到當(dāng)溫度升高時(shí)燈更亮對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析正確的有() A溫度升高，電路中的電流減小 B溫度升高，電路中的電流增大 C溫度升高，熱敏電阻的阻值增大 D溫度升高，熱敏電阻的阻值減小,例 2,【解析】熱敏電阻隨溫度的升高，電阻值變小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，溫度升高，電路中的電流增大，A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤，B、D選項(xiàng)正確 【答案】BD,【方法總結(jié)】 (1)熱敏電阻其阻值隨溫度的變化而變化，有的隨溫度的升高而增大(PTC元件)有的隨溫

6、度的升高而減小(NTC元件) (2)溫度變化引起電阻阻值變化，從而改變電路中的電流或電壓,如圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻隨溫度變化的曲線(xiàn)，用該熱敏電阻和繼電器做成溫控電路(如圖乙所示) (1)簡(jiǎn)要分析溫控電路的工作過(guò)程：_.,變式訓(xùn)練 2-1,(2)設(shè)繼電器的線(xiàn)圈電阻為50 ，繼電器線(xiàn)圈中的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，左側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)為6 V，內(nèi)阻可以不計(jì)，試問(wèn)溫度滿(mǎn)足什么條件時(shí)，右側(cè)的小燈泡會(huì)發(fā)光？ 解析：(1)溫度升高，熱敏電阻的阻值變小，繼電器線(xiàn)圈中的電流增加溫度升高到一臨界值t0時(shí)，繼電器線(xiàn)圈中的電流將達(dá)到或超過(guò)繼電器的工作電流值，繼電器將吸合，右側(cè)電路接通，小燈

7、泡發(fā)光；當(dāng)溫度低于t0時(shí)，繼電器線(xiàn)圈中的電流小于工作電流，右側(cè)電路斷開(kāi)，小燈泡不亮,答案：見(jiàn)解析,1構(gòu)造：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成為一個(gè)霍爾元件霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 2霍爾效應(yīng)的原理 外部磁場(chǎng)使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力，在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的另一種電荷，從而形成橫向電場(chǎng)；,要點(diǎn)三霍爾元件,4霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測(cè)試和研究中例如，用霍爾效應(yīng)可以確定一種半導(dǎo)體材料是電子型還是空穴型半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度受溫度、雜質(zhì)以及其他因素的影響很大，因此霍爾效應(yīng)為

8、研究半導(dǎo)體載流子濃度的變化提供了重要的方法 利用霍爾效應(yīng)做成的霍爾元件有很多方面的用途例如，測(cè)量磁場(chǎng)，測(cè)量直流和交流電路中的電流和功率，轉(zhuǎn)換信號(hào)(如把直流轉(zhuǎn)換成交流并對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，放大直流或交流信號(hào)等),(2017北京模擬)電動(dòng)自行車(chē)是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱(chēng)“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲開(kāi)啟電源時(shí)，在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾器件能輸出控制車(chē)速的電壓，已知電壓與車(chē)速關(guān)系如圖丙以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是(),例 3,A為提高

9、控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極 B按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的右把手，車(chē)速將變快 C圖乙中從霍爾器件的左右側(cè)面輸出控制車(chē)速的霍爾電壓 D若霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，將影響車(chē)速控制 【解析】根據(jù)霍爾元件的工作原理可知，在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時(shí)，磁場(chǎng)與電子的移動(dòng)方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，霍爾器件不能輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；,當(dāng)按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)把手，導(dǎo)致霍爾器件周?chē)拇艌?chǎng)增加，那么霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差增大，因此車(chē)速變快，B選項(xiàng)正確；永久磁鐵的N、S極可能在左、右側(cè)面，或在前、后表面，因此從

10、霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差，不一定在霍爾器件的左、右側(cè)面，也可能在前、后表面，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，從霍爾器件輸出控制車(chē)速的電勢(shì)差正負(fù)號(hào)相反，但由圖丙可知，不會(huì)影響車(chē)速控制，D選項(xiàng)錯(cuò)誤 【答案】B,【方法總結(jié)】 解決磁電轉(zhuǎn)換問(wèn)題的基本思路： (1)明確磁場(chǎng)方向 (2)明確載流子的電性及運(yùn)動(dòng)方向 (3)據(jù)左手定則判斷載流子偏轉(zhuǎn)方向 (4)求極板間的電壓和確定極板的正負(fù) (5)據(jù)閉合電路的歐姆定律求解,變式訓(xùn)練 3-1,(1)若該半導(dǎo)體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導(dǎo)電，電流與磁場(chǎng)方向如圖甲所示，該同學(xué)用電壓表測(cè)量UH時(shí)，應(yīng)將電壓表的“”接線(xiàn)柱與_(選填“M”

11、或“N”)端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連 (2)該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導(dǎo)體薄片中的電流反向再次測(cè)量，取兩個(gè)方向測(cè)量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測(cè)量誤差，為此該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙所示的測(cè)量電路，S1、S2均為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，虛線(xiàn)框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片(未畫(huà)出)為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S1擲向_(選填“a”或“b”)，S2擲向_(選填“c”或“d”),(3)已知薄片厚度d0.40 mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.10 T不變，改變電流I的大小，測(cè)量相應(yīng)的UH值，記錄數(shù)據(jù)如表所示. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫(huà)出UHI圖線(xiàn)，請(qǐng)利用圖線(xiàn)求出該材料的霍爾系數(shù)為_(kāi)103 VmA1T1.(保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)正電荷在磁場(chǎng)中

12、運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力作用，根據(jù)左手定則可知，正電荷向M端偏轉(zhuǎn)，應(yīng)將電壓表的“”接線(xiàn)柱與M端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連,(2)為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S1擲向b，S2擲向c. (3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫(huà)出UHI圖線(xiàn)，如圖所示：,答案：(1)M(2)bc(3)見(jiàn)解析1.5(1.41.6),1原理 電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化,要點(diǎn)四電容式傳感器,2常見(jiàn)電容式傳感器,如圖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

13、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通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與恒定電源兩極相接，若聲源S沿水平方向做有規(guī)律的振動(dòng)，則() Aa振動(dòng)過(guò)程中，ab板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變 Ba振動(dòng)過(guò)程中，ab板所帶電量不變 Ca振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流計(jì)中始終有方向不變的電流 Da向右的位移最大時(shí)，ab兩板所構(gòu)成的電容器的電容最大,例 4,【答案】D,(多選)傳感器是自動(dòng)控制設(shè)備中不可缺少的元件，已經(jīng)滲透到宇宙開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸以及家庭生活等各種領(lǐng)域，下圖所示為幾種電容式傳感器，其中通過(guò)改變電容器兩極間正對(duì)面積而引起電容變化的是(),變式訓(xùn)練 4-1,解析：圖A中通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片來(lái)改變正對(duì)面積，改變電容，A選項(xiàng)正

14、確；圖B中是通過(guò)加入電介質(zhì)來(lái)改變電容的，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C圖中是通過(guò)導(dǎo)電液體深度的變化來(lái)改變正對(duì)面積，改變電容的，C選項(xiàng)正確；D圖中是通過(guò)壓力的變化來(lái)改變極板間距來(lái)改變電容的，D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案：AC,知識(shí)反饋 自查自評(píng),課堂鞏固訓(xùn)練,1(多選)常用的測(cè)溫儀器使用的元件可以是() A金屬熱電阻B紅外線(xiàn)敏感元件 C光敏電阻 D發(fā)光二極管 解析：金屬熱電阻或熱敏電阻把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，A選項(xiàng)正確；一切物體不斷的輻射紅外線(xiàn)，溫度越高，輻射的紅外線(xiàn)越強(qiáng)，紅外線(xiàn)敏感元件可以感溫測(cè)溫，B選項(xiàng)正確；光敏電阻光照時(shí)，電阻變化，與溫度無(wú)關(guān)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)光二極管通電發(fā)光，與溫度無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案：AB,2(多

15、選)(2017西安區(qū)期中)在某次發(fā)射科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“雙星”中，放置了一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖所示(背面)，電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長(zhǎng)方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e.金屬導(dǎo)電過(guò)程中，自由電子做定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)測(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為U.則下列說(shuō)法正確的是(),答案：BC,3傳感器是把非電學(xué)量(如高度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，它在自動(dòng)控制中有著廣泛的應(yīng)用如圖是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意圖金屬棒與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)電容器，將金屬棒和導(dǎo)電液體分別與直流電源的兩極相連接，從電容C和導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓U的變化就能反映液面的升降情況，即 電源接通后，電容C減小，反映h減小 電源接通后，電容C減小，反映h增大 電源接通再斷開(kāi)后，電壓U減小，反映h減小 電源接通再斷開(kāi)后，電壓U減小，反映h增大 以上判斷正確的是(),A B C D,答案：B,4光敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，受到光照射時(shí)，其導(dǎo)電性能顯著增強(qiáng)將其與電磁繼電器組合，就可用來(lái)自動(dòng)控制街道路燈的開(kāi)與關(guān)圖中所示是自動(dòng)控制路燈的工作原理圖，當(dāng)光照暗到一定程度時(shí)，路燈能點(diǎn)亮電阻R1、R2之一為光敏電阻，另一為定值電阻當(dāng)放大