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2019-2020年高二物理傳感器及其工作原理 新課標(biāo) 人教版 選修3-2 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、三種常見的敏感元件 （1）光敏電阻 ①材料及構(gòu)造 ②工作原理 ③功能：把__________（光學(xué)量）轉(zhuǎn)換為______（電學(xué)量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 ①熱敏電阻 a）材料 b）特點(diǎn) c）功能：把_______轉(zhuǎn)換為_______（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_______（電學(xué)量）。 （3）霍爾元件 ①材料及構(gòu)造 ②霍爾電壓：_________________________。 推導(dǎo)： ③功能：把_________（磁學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_______（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，將萬用表的選擇開關(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？ 【例4】電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（即單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面積的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、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，磁場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表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，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.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θ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________來進(jìn)行測量的. 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.t1 B.t2 C.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關(guān)置于“歐姆”擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣龋瑒t可判斷 （ ） A.θ=θ B.θ<θ C.θ>θ D.不能確定θ和θ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，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量或數(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.如圖所示為初中學(xué)過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由原來閉合接通的狀態(tài)變?yōu)閿嚅_，而cd則由原來斷開的狀態(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回路來執(zhí)行對繼電器的控制，而cde回路則用來執(zhí)行對有關(guān)電器的控制，試設(shè)計(jì)一個(gè)用光敏電阻來控制路燈的實(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，試說明此電路的工作過程。 4.（xx上海）圖為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感）的I-U關(guān)系曲線圖。 （1）為了通過測量得到圖中所示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______；簡要說明理由：_____________________；（電源電動(dòng)勢為9V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0～100Ω） （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R1＝250Ω。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________V；電阻R2＝_______Ω； （3）舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子。 5.（xx上海）一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫。將激光器與傳感器上下對準(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)過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過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)表示接受到的激光信號(hào)強(qiáng)度，圖中Δt1=1.010-3s，Δt2=0.810-3s。求： （1）利用圖（b）中的數(shù)據(jù)求1s時(shí)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度； （2）說明激光器和傳感器沿半徑移動(dòng)的方向； （3）求圖（b）中第三個(gè)激光信號(hào)的寬度Δt3。