《(通用)高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教選修32》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(通用)高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教選修32(33頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、1傳感器及其工作原理第六章傳感器學習目標1.了解什么是傳感器,感受傳感技術(shù)在信息時代的作用與意義.2.知道將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的性能,知道其工作原理及作用.內(nèi)容索引自主預習預習新知 夯實基礎(chǔ)重點探究啟迪思維 探究重點達標檢測檢測評價 達標過關(guān)自主預習一、傳感器及工作原理一、傳感器及工作原理1.傳感器的定義:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等_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物理量(通常是電壓、電流等 量),或轉(zhuǎn)換為電路的 的元件.2.非電學量轉(zhuǎn)換為電學量的意義:把 轉(zhuǎn)換為電學量,可以方便地進行測量、傳輸、處
2、理和 .物理電學通斷控制非電學量二、光敏電阻的特點及工作原理二、光敏電阻的特點及工作原理1.當半導體材料受到 或者溫度 時,會有更多的電子獲得能量成為 電子,同時也形成更多的空穴,于是導電能力明顯增強.2.光敏電阻是用 材料(如硫化鎘)制成的.它的特點是光照越強,電阻越 .它能夠把 這個光學量轉(zhuǎn)換為 這個電學量.光照升高自由半導體小光照強弱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點1.熱敏電阻:用 材料制成.可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻.(1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻 .(2)負溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻 .2.金屬
3、熱電阻:金屬的電阻率隨溫度 而增大,利用這一特性,金屬絲也可以制作成 傳感器,稱為熱電阻.半導體增大升高減小溫度四、霍爾元件的特點四、霍爾元件的特點1.霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時,載流子所受 和 二力平衡.2.霍爾電壓:UHk (d為薄片的厚度,k為霍爾系數(shù)).其中 的變化與 成正比,所以霍爾元件能把磁感應強度這個磁學量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學量.電場力洛倫茲力BUH即學即用即學即用1.判斷下列說法的正誤.(1)傳感器可以把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量.()(2)光敏電阻的阻值隨光照的強弱而變化,光照越強電阻越大.()(3)熱敏電阻一般用半導體材料制作,導電能力隨溫度的升高而增強,但靈敏度低.()(4)霍爾
4、元件一共有兩個電極,電壓這個電學量就通過這兩個電極輸出.()答案2.如圖1所示,R1為定值電阻,R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡,當溫度降低時,電流表的讀數(shù)_(填“變大”或“變小”),小燈泡的亮度_(填“變亮”或“變暗”).答案圖1變小變亮重點探究導學探究導學探究干簧管結(jié)構(gòu):如圖2所示,它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片,接入圖3電路,當條形磁鐵靠近干簧管時:一、傳感器答案答案燈泡會亮,因為當條形磁鐵靠近干簧管時,兩個簧片被磁化而接通.圖2 圖3(1)會發(fā)生什么現(xiàn)象,為什么?答案(2)干簧管的作用是什么?答案答案干簧管起到開關(guān)的作用,是一種能夠感知磁場的傳感器.圖2 圖3答案知
5、識深化知識深化1.傳感器的原理:傳感器的原理:非電學量 傳感器(敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路)電學量2.在分析傳感器時要明確在分析傳感器時要明確(1)核心元件是什么;(2)是怎樣將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量;(3)是如何顯示或控制開關(guān)的.解析解析把電壓表接在b、c之間,油量增加時,R減小,電壓表的示數(shù)減??;油量減少時,R增大,電壓表的示數(shù)增大.把電壓表接在c、d之間,油量增加時,R減小,電路中電流增大,則R兩端的電壓增大,電壓表的示數(shù)增大,同理,油量減少時,電壓表的示數(shù)減小.例例1如圖4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.在裝置中
6、使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數(shù)可以了解油量情況.若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間,當油量變化時,電壓表的示數(shù)如何變化?圖4答案答案見解析答案解析導學探究導學探究在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后,就可以準確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量,如圖5所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖,其中R1為光敏電阻,R2為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么?二、光敏電阻圖5答案答案答案當光被產(chǎn)品擋住時,R1電阻增大,電路中電流減小,R2兩端電壓減小,信號處理系統(tǒng)得到低電壓,每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓,并計數(shù)一次.例例2(多選)如圖6所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏
7、電阻,當入射光強度增大時A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大圖6解析答案解析解析當入射光強度增大時,R3阻值減小,外電路總電阻隨R3的減小而減小,由閉合電路歐姆定律知,干路電流增大,R1兩端電壓增大,從而電壓表的示數(shù)增大,同時內(nèi)電壓增大,故電路的路端電壓減小,A項正確,D項錯誤.因路端電壓減小,而R1兩端電壓增大,故R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項正確.結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大,故小燈泡的功率增大,C項正確.導學探究導學探究如圖7所示,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,再將電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高,
8、電阻減小)的兩端相連,這時表針恰好指在刻度盤的正中央.若在RT上擦一些酒精,表針將如何偏轉(zhuǎn)?若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻,表針將如何偏轉(zhuǎn)?三、熱敏電阻和金屬熱電阻圖7答案答案答案由于酒精蒸發(fā),熱敏電阻RT溫度降低,電阻值增大,表針將向左偏;用吹風機將熱風吹向熱敏電阻,熱敏電阻RT溫度升高,電阻值減小,表針將向右偏.例例3(多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制.如圖8所示電路,R1為定值電阻,R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小),C為電容器.當環(huán)境溫度降低時A.電容器C的帶電荷量增大B.電壓表的讀數(shù)增大C.電容器C兩板間的電場強度減小D.R1消耗的功率
9、增大圖8答案解析解析解析當環(huán)境溫度降低時,R2變大,電路的總電阻變大,由I 知I變小,又UEIr,電壓表的讀數(shù)U增大,B正確;又由P1I2R1可知,R1消耗的功率P1變小,D錯誤;電容器兩板間的電壓U2UU1,U1IR1,可知U1變小,U2變大,由場強E ,QCU2可知Q、E都增大,故A正確,C錯誤.含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟1.明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強度)的增加是增大還是減小.2.分析整個回路的電阻的增減、電流的增減.3.分析部分電路的電壓、電流如何變化.技巧點撥技巧點撥導學探究導學探究如圖9所示,在矩形半導體薄片
10、E、F間通入恒定的電流I,同時外加與薄片垂直的磁場B,則M、N間會出現(xiàn)電壓,稱為霍爾電壓UH.(1)分析為什么會出現(xiàn)電壓.四、霍爾元件圖7答案答案答案薄片中的載流子在洛倫茲力的作用下,向著與電流和磁場都垂直的方向漂移,使M、N間出現(xiàn)了電壓.(2)試推導UH的表達式.圖7答案答案答案設(shè)薄片厚度為d,EF方向長度為l1,MN方向長度為l2,受力分析如圖當洛倫茲力與電場力平衡時,M、N間電勢差達到穩(wěn)定.再根據(jù)電流的微觀表達式InqvS,Sl2d令k ,其中n為材料單位體積的載流子的個數(shù),q為單個載流子的電荷量,它們均為常數(shù).則有知識深化知識深化霍爾電勢高低的判斷方法:利用左手定則,即磁感線垂直穿入手
11、心,四指指向電流方向,拇指指的方向為載流子的受力方向,若載流子是正電荷,則拇指所指的面為高電勢面,若載流子是負電荷,則拇指所指的面為低電勢面.例例4如圖10所示,截面為矩形的金屬導體,放在磁場中,當導體中通有電流時,導體的上、下表面的電勢的關(guān)系(上板為M,下板為N)是A.MNB.MNC.MN.故選A.答案解析達標檢測1.(對傳感器的理解對傳感器的理解)在電梯門口放置一障礙物,會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān),這是由于在電梯門上裝有的傳感器是A.光傳感器 B.溫度傳感器C.聲傳感器 D.磁傳感器答案1234解析解析滑動觸頭P左移,滑動變阻器接入電路的電阻減小,流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強,使光敏電阻
12、R減小,最終達到增大流過燈泡的電流的效果.2.(光敏電阻的特性光敏電阻的特性)如圖11所示的電路中,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,R和L之間用擋板(未畫出)隔開,LED為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強),且R與LED間距不變,下列說法中正確的是A.當滑動觸頭P向左移動時,L消耗的功率增大B.當滑動觸頭P向左移動時,L消耗的功率減小C.當滑動觸頭P向右移動時,L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P,L消耗的功率都不變圖11答案解析1234解析解析R2與燈泡L并聯(lián)后與R1串聯(lián),然后與電流表、電源構(gòu)成閉合電路,當熱敏電阻R2溫度降低時,它的電阻值增大,外電路電阻增大,電流
13、表讀數(shù)減小,R1兩端電壓減小,燈泡L兩端電壓增大,燈泡亮度變強,故C正確,A、B、D均錯誤.3.(熱敏電阻的特性熱敏電阻的特性)如圖12所示,R1為定值電阻,R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡,當溫度降低時A.R1兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強D.小燈泡的亮度變?nèi)醮鸢附馕鰣D1212344.(霍爾元件的認識及應用霍爾元件的認識及應用)(多選)如圖13所示是霍爾元件的示意圖,一塊通電的銅板放在磁場中,銅板的前、后板面垂直于磁場,板內(nèi)通有如圖方向的電流,a、b是銅板上、下邊緣的兩點,則A.電勢abB.電勢baC.僅電流增大時,|ab|增大D.其他條件不變,將銅板改為NaCl 溶液時,電勢結(jié)果仍然一樣答案解析圖121234解析解析銅板中的自由電荷是電子,電子定向移動的方向與電流的方向相反,由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向a側(cè)偏轉(zhuǎn),所以ba,B正確,A錯誤;因|ab|k ,所以電流增大時,|ab|增大,C正確;若將銅板改為NaCl溶液,溶液中的正、負離子均向a側(cè)偏轉(zhuǎn),|ab|0,即不產(chǎn)生霍爾效應,故D錯誤.1234