《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 新人教版選修3-2.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《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 新人教版選修3-2.ppt（66頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第六章傳感器1傳感器及其工作原理,【自主預(yù)習(xí)】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)換為便于傳送和處理的電壓、電流等_______,或轉(zhuǎn)換為電路_____的元件。,物理量,物理量,通斷,(2)意義:把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以方便地進行_____、傳輸、處理和_____。2.光敏電阻:(1)特點:光照越強,電阻_____,光照越弱,電阻_____。(2)原因:無光照時,載流子極少,導(dǎo)電性能_____;隨著光照的增強,載流子_____,導(dǎo)電性能_____。(3)作用:把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個電學(xué)量。,測量,控制,越小,越大,不好,增多,變好,電阻,3.熱敏電阻和金屬熱電阻:,減小,增大,金屬,電阻,4.霍爾元件:(1)構(gòu)造:在很小的半導(dǎo)體薄片上,制作四個電極E、F、M、N。(2)霍爾電壓:如圖,E、F間通入恒定電流I,同時外加與薄片垂直的磁場B,則M、N間出現(xiàn)霍爾電壓UH,UH=_____。,(3)作用:把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為_____這個電學(xué)量。,電壓,【預(yù)習(xí)小測】1.(多選)傳感器擔(dān)負著信息采集的任務(wù),它可以()A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量,【解析】選A、B、C。傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件。故選項A、B、C對,選項D錯。,2.(多選)許多樓道照明燈具有這樣的功能:天黑時,出現(xiàn)聲音它就開啟;而白天,即使有聲音它也沒有反應(yīng),它的控制電路中接入了哪些傳感器()A.溫度傳感器B.光傳感器C.聲音傳感器D.熱傳感器,【解析】選B、C。根據(jù)題意,天黑時,出現(xiàn)聲音它就開啟;而白天,即使有聲音它也沒有反應(yīng),故電路中有光傳感器,即使天黑,沒有聲音燈也不亮,故用到了聲音傳感器。即控制電路中接入了光傳感器、聲音傳感器。故選B、C。,3.關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻,下列說法中正確的是()A.光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的,其阻值隨光照增強而減小,隨光照的減弱而增大B.光敏電阻是能把光照強度這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個電學(xué)量的傳感器,C.熱敏電阻是用金屬鉑制成的,它對溫度感知很靈敏D.熱敏電阻是把熱量這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量的傳感器,【解析】選A。光敏電阻是把光強轉(zhuǎn)換為電阻的元件;熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件,故B、D錯誤;熱敏電阻和光敏電阻都是由半導(dǎo)體材料制成的,半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性,金屬鉑與熱敏電阻相反,故C錯誤。,4.金屬鉑的電阻值對溫度高低非常敏感,圖中可能表示金屬鉑電阻的U-I圖線是(),【解析】選B。金屬鉑導(dǎo)體的電阻對溫度的變化很敏感,電阻隨溫度的升高而增大,在一定溫度下其U-I圖線是非線性的,且圖線的斜率越來越大,故B正確。,主題一什么是傳感器【互動探究】干簧管、色標(biāo)傳感器、溫度傳感器及力傳感器等都是生活和生產(chǎn)中常用的傳感器。請結(jié)合上述傳感器思考下列問題,(1)干簧管的工作原理及在電路中的作用是什么?提示:干簧管可以感受外界磁場,當(dāng)干簧管的兩個鐵質(zhì)簧片處在磁場中時,兩個簧片被磁化,在磁力的作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài),磁場減弱時兩個簧片又分開,它在電路中的作用就是一個磁控開關(guān)。,(2)舉例說明:不便于測量和控制的非電學(xué)量有哪些?便于測量和控制的電學(xué)量有哪些?不便于測量和控制的非電學(xué)量主要有__________________________________________等,便于測量和控制的電學(xué)量有___________等。,角度、位移、速,度、壓力、溫度、聲強、光照,電壓、電流,(3)傳感器最基本的作用是什么?傳感器的工作過程是怎樣的?傳感器最基本的作用是________________________________,其工作過程為:________________________________________________。,將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電,學(xué)量,非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件,→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量,【探究總結(jié)】1.傳感器的定義:能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是以一定的精度和規(guī)律把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于研究的某種物理量的測量裝置。,2.傳感器的功能與人類器官的對應(yīng)關(guān)系:人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺器官。而在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中就需要大量的傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。傳感器的功能可與人類5大感覺器官相比擬:,光敏傳感器——視覺聲敏傳感器——聽覺氣敏傳感器——嗅覺化學(xué)傳感器——味覺流體傳感器——觸覺,【典例示范】幾年前,中國牛奶行業(yè)經(jīng)歷了一次嚴峻考驗,許多牛奶制品中被檢測出化學(xué)原料三聚氰胺。在多種檢測三聚氰胺的方法中有一種“酶標(biāo)法檢測”,若這種檢測方法使用了傳感器,應(yīng)為傳感器中的哪一類()A.物理傳感器B.化學(xué)傳感器C.生物傳感器D.溫度傳感器,【解析】選C。檢測方法為酶標(biāo)法,故其原理是利用了生物酶,應(yīng)為生物傳感器,C正確。,【探究訓(xùn)練】1.為了防止火災(zāi)的發(fā)生,在賓館房間的天花板上大多裝有一個傳感器,該傳感器是()A.氣體傳感器B.光敏電阻傳感器C.壓力傳感器D.煙霧傳感器,【解析】選D?；馂?zāi)報警器當(dāng)有煙霧時,經(jīng)過漫反射,將光信號轉(zhuǎn)換成電信號,從而發(fā)出警報,所以該傳感器是用光傳感器實現(xiàn)報警的,從而制成煙霧傳感器,故A、B、C錯誤,D正確。,2.如圖是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置。其中電源電壓保持不變,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端。當(dāng)油箱中油量減少時,電壓表的示數(shù)將如何變化?,【解析】由題圖可知,當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時,R的金屬滑片將會移動,從而引起R′兩端電壓的變化。當(dāng)油量減少時,R的數(shù)值會增大,電路中的電流會減小,c、d間的電壓會減小。答案:減小,【補償訓(xùn)練】1.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機,洗手后將濕手靠近,機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱,有熱空氣從機內(nèi)噴出,將濕手烘干,手靠近干手機能使傳感器工作,是因為()A.改變濕度B.改變溫度C.改變磁場D.改變電容,【解析】選D。根據(jù)自動干手機工作的特征,手靠近干手機時電熱器開始工作,手撤離后電熱器停止工作,人是一種導(dǎo)體,可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器,手靠近時相當(dāng)于連接一個電容器,可以確定干手機內(nèi)設(shè)有電容式傳感器,由于手的靠近改變了電容的大小,故選項D正確;用濕度和溫度來驅(qū)動電熱器工作,理論上可行,但是假如干手機是由于溫度、濕度的變化而工作就成了室內(nèi)烘干機。,2.傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件。如圖所示為一種電容式傳感器,電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。電路中a、b構(gòu)成一個電容器,b是固定不動的金屬板,a是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜。若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動,則a在振動過程中(),A.a、b板之間的電場強度不變B.a、b板所帶的電荷量不變C.電路中始終有方向不變的電流D.向右位移最大時,電容器的電容最大,【解析】選D。a、b始終跟電源相連,電勢差U不變,由于a、b間距離變化,由E=知場強變化,A錯誤;由C=知d變化時C變化,a向右位移最大時,電容最大,D正確;由Q=CU知a、b所帶電荷量變化,電路中電流方向改變,B、C錯誤。,主題二傳感器的幾種敏感元件【互動探究】1.光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻、霍爾元件有什么不同?,提示:,越小,增多,減小,越大,增大,增大,越小,增多,減小,越大,減少,增大,正比,2.電容式位移傳感器的工作原理是什么?提示:電容器內(nèi)部的電介質(zhì)發(fā)生位移時,會導(dǎo)致電容器的電容發(fā)生變化,就能夠把物體的位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量。,3.樓道照明燈一般都裝有光聲控延時開關(guān),當(dāng)白天外界光線較強時,光聲控延時開關(guān)總處于斷開狀態(tài),燈不亮;當(dāng)夜晚光線較弱且有聲響時光聲控延時開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài),燈亮,延時一段時間后,開關(guān)斷開,燈熄滅。據(jù)此判斷,光聲控延時開關(guān)里面安裝有哪些種類的敏感元件?各有什么作用?,提示:光聲控延時開關(guān)中安裝有光敏元件,用于感知外界光線的強弱;還安裝有聲敏元件,用于感知外界聲響。,【探究總結(jié)】1.敏感元件:敏感元件指能夠靈敏地感受被測量并做出響應(yīng)的元件,是傳感器中能直接感受被測量的部分。它是傳感器的重要組成部分,敏銳地感受某種物理、化學(xué)、生物信息并將其轉(zhuǎn)換為電信號。有些傳感器,它的敏感元件與轉(zhuǎn)換元件合并在一起。例如,半導(dǎo)體氣體、濕度、溫度和壓力傳感器等。,2.敏感元件的種類:(1)光敏元件:電阻值隨入射光(一般指可見光)強弱而變化的敏感元件。通常入射光增強時,電阻值減小。(2)力敏元件:隨外界壓力改變而變化的敏感元件。力敏元件種類繁多,如電阻式力敏元件、電容式力敏元件、壓電式力敏元件等。,(3)磁敏元件:一種磁電轉(zhuǎn)換元件,包括霍爾元件、磁阻元件、磁敏二極管、磁敏晶體管等。(4)氣敏元件:電參數(shù)隨外界氣體種類和濃度變化而變化的敏感元件。(5)濕敏元件:隨環(huán)境濕度變化而變化的敏感元件。,【拓展延伸】常見電容式傳感器,【典例示范】廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器,是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖甲中,電源的電動勢E=9.0V,內(nèi)電阻不可忽略,為內(nèi)阻不計的靈敏電流表,R0為保護電阻,R為熱敏電阻,其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖乙的R-t圖象所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為,R=;閉合電鍵S,當(dāng)R的溫度等于40℃時,電流表示數(shù)I1=2.25mA,則當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時,熱敏電阻R的溫度是℃。,【解題指南】解答本題要把握以下三點:(1)溫度傳感器就是一只可變電阻。(2)可變電阻的阻值隨溫度升高而減小,并且是阻值隨溫度線性變化。(3)根據(jù)閉合電路的歐姆定律,建立起電阻與電流的關(guān)系,結(jié)合電阻與溫度的關(guān)系,就能找到電流與溫度的關(guān)系。,【解析】設(shè)熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系式為R=kt+b,在R-t圖象上取兩點,如取40℃對應(yīng)的電阻3.5kΩ,120℃對應(yīng)的電阻2kΩ,代入R=kt+b得,3500=k40+b,2000=k120+b,聯(lián)立解得k=-18.75,b=4.25103,所以該熱敏電阻的R-t關(guān)系式為R=-18.75t+4.25103。閉合電鍵S,當(dāng)R的溫度等于40℃時,熱敏電阻R的阻值為3.5kΩ,電流表示數(shù)I1=2.25mA,由閉合電路歐姆定律得,E=I1(R0+r+3500Ω),則當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時,E=I2(R0+r+R),聯(lián)立解得R=2kΩ,由題圖乙得熱敏電阻R的溫度是120℃。答案:-18.75t+4.25103120,【探究訓(xùn)練】1.(2018杭州高二檢測)下列有關(guān)各種電阻應(yīng)用的說法中錯誤的是()A.熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測控裝置中B.光敏電阻是一種光電傳感器C.電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D.電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用,【解析】選D。熱敏電阻的原理是通過已知某電阻的電阻值與溫度的函數(shù)關(guān)系,測得該熱敏電阻的值即可獲取溫度,從而應(yīng)用于溫度測控裝置中,A說法正確;光敏電阻是將光信號與電信號進行轉(zhuǎn)換的傳感器,B說法正確;電阻絲通過電流會產(chǎn)生熱效應(yīng),可應(yīng)用于電熱設(shè)備中,C說法正確;電阻對直流和交流均起到阻礙的作用,D說法錯誤。,2.(2018成都高二檢測)傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件。如圖所示,乙、丙是兩種常見的電容式傳感器,現(xiàn)將乙、丙兩種傳感器分別接到圖甲的電路中進行實驗(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏),下列實驗現(xiàn)象中正確的是(),A.當(dāng)乙傳感器接入電路實驗時,若F變小,則電流表指針向右偏轉(zhuǎn)B.當(dāng)乙傳感器接入電路實驗時,若F變大,則電流表指針向左偏轉(zhuǎn)C.當(dāng)丙傳感器接入電路實驗時,若液體深度h變大,則電流表指針向左偏D.當(dāng)丙傳感器接入電路實驗時,若液體深度h變小,則電流表指針向左偏,【解析】選D。當(dāng)乙傳感器接入電路實驗時,若F變小,電容器兩極板間的距離增大,根據(jù)電容的決定式C=得知,電容減小,而電壓不變,則由Q=CU可知,電容器所帶的電量減小,電容器放電,電路中有順時針方向的電流,則電流表指針向左偏轉(zhuǎn),故A錯誤;當(dāng)乙傳感器接入電路實驗時,若F變大,電容器兩極板間的距離減小,根據(jù)電容的決定式C=得知,電容增大,而電壓,不變,則由Q=CU可知,電容器所帶的電量增加,電容器充電,電路中有逆時針方向的電流,則電流表指針向右偏轉(zhuǎn),故B錯誤;當(dāng)丙傳感器接入電路實驗時,若導(dǎo)電溶液深度h變大,兩電極正對面積增大,電容增大,而電壓不變,則電容器充電,電路中有逆時針方向的電流,則電流表指針向右偏轉(zhuǎn),故C錯誤;當(dāng)丙傳感器接入電路實驗時,,若導(dǎo)電溶液深度h變小,兩電極正對面積減小,電容減小,而電壓不變,則電容器放電,電路中有順時針方向的電流,則電流表指針向左偏轉(zhuǎn),故D正確。,3.(2016北京高考)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。如圖為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知,這種熱敏電阻在溫度上升時導(dǎo)電能力(選填“增強”或“減弱”);相對金屬熱電阻而言,熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更(選填“敏感”或“不敏感”)。,【解析】從圖中可看出,溫度上升時,熱敏電阻的阻值越小,即對電流的阻礙作用越小,導(dǎo)電能力越強。從圖中還可看出在溫度變化相同時,熱敏電阻的阻值變化更大,故熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更敏感。答案:增強敏感,【補償訓(xùn)練】如圖所示,截面為矩形的金屬導(dǎo)體,放在磁場中,當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時,導(dǎo)體的上下表面的電勢有什么關(guān)系()A.UM>UNB.UM=UNC.UMUN。故選A。,【通法悟道】電容式傳感器的應(yīng)用(1)電容式傳感器是應(yīng)用了電容器的電容跟板間距離、正對面積、電介質(zhì)及引起它們改變的因素(如力、位移、壓強、聲音等)的關(guān)系,將這些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容器的電容這個電學(xué)量。,【課堂小結(jié)】,