《高中物理5.1《揭開傳感器的“面紗”》5.2《常見傳感器的工作原理》課件 （魯科選修3-2）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理5.1《揭開傳感器的“面紗”》5.2《常見傳感器的工作原理》課件 （魯科選修3-2）（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第1節(jié)揭開傳感器的 面紗 第2節(jié)常見傳感器的工作原理 課標定位 學習目標 1 知道什么是傳感器 2 了解傳感器的分類情況 3 知道光電傳感器的原理 了解光電傳感器在生活中的應用 4 知道溫度傳感器的原理 了解溫度傳感器在生活中的應用 重點難點 1 傳感器的基本原理及其構(gòu)造 光敏電阻和熱敏電阻的特性 2 設計制作簡易溫度報警器 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第1 2節(jié) 課前自主學案 課前自主學案 一 什么是傳感器1 定義 能夠感受 并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成 的器件或裝置 2 功能 傳感器通常用在自動測量和自動控制系統(tǒng)中 擔負著信息 和 的任務 把 量轉(zhuǎn)化為 量 外界信息 電信號 采集 轉(zhuǎn)化 非電學 電學 二 種類繁多的傳感器1 分類按傳感器的 的不同 把傳感器分為 傳感器 傳感器和生物傳感器 2 構(gòu)造傳感器一般由 和 組成 有時還需要加輔助電源 工作原理 物理 化學 敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換電路 3 傳感器各組成部分的作用 1 元件是傳感器的 部分 是利用材料的某種 制成的 2 轉(zhuǎn)換元件是傳感器中將 信號轉(zhuǎn)換成 的電子元件 3 的作用是將轉(zhuǎn)換電路得到的 轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的 輸出 敏感 核心 敏感效應 非電 電信號 電信號 轉(zhuǎn)換電路 電學量 三 光電傳感器的原理1 光電傳感器的定義光電傳感器是一種能夠感受 并按照一定規(guī)律把 轉(zhuǎn)換成 的器件或裝置 2 光電傳感器的敏感元件光電傳感器的敏感元件主要有 等 它們都是利用某些物質(zhì)在光照下 隨之變化的性質(zhì)制成的 3 光敏電阻的構(gòu)造及特性光敏電阻是用金屬硫化物等 材料制成的 入射光強 則電阻 入射光弱則電阻 光信號 光信號 電信號 光敏電阻 光敏晶體管 光電池 電阻率 半導體 減小 增大 四 探究溫度傳感器的原理1 溫度傳感器的定義及其敏感元件溫度傳感器是一種將 轉(zhuǎn)化為 的裝置 溫度傳感器中常見敏感元件有 和 等 它們都是利用敏感元件的某種電學特性隨 變化而變化的特性制成的 2 熱敏電阻的構(gòu)造及特性熱敏電阻是用 材料制成的 其電阻值隨溫度變化明顯 NTC熱敏電阻 負溫度系數(shù) 的阻值 隨溫度升高而 PTC熱敏電阻的阻值隨溫度升高而 金屬熱電阻的電阻率一般隨溫度升高而 溫度 電學量 熱敏電阻 熱電偶 溫度 半導體 減小 增大 增大 五 電容式傳感器電容式傳感器以各種類型的 為敏感元件 它將被測量的非電學量的變化 轉(zhuǎn)化成 的變化 根據(jù)改變電容的方式不同 電容式傳感器可分為變 式 變 式和變 式三種 電容器 電容 間隙 極板面積 介電常數(shù) 核心要點突破 一 常見傳感器及應用模式1 常見的傳感器傳感器種類繁多 具體功能各不相同 下表給出一些常見的傳感器及其工作原理 2 三類傳感器的比較 1 三類傳感器 物理傳感器 利用物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應感知并檢測出待測對象信息的傳感器 主要應用于像位移 溫度 速度 加速度 壓力等物理量的轉(zhuǎn)化 化學傳感器 利用化學反應識別和檢測信息的傳感器 主要應用于環(huán)境保護 火災報警 醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器等方面 生物傳感器 利用生物化學反應識別和檢測信息的傳感器 如組織傳感器 細胞傳感器 酶傳感器等 生物傳感器專一性好 易操作 設備簡單 測量快速準確 使用范圍廣 2 三類傳感器的異同 相同點 都能將感受到的非電學量信息轉(zhuǎn)化成電學量 都是利用敏感元件的某種敏感效應制成的 不同點 三類傳感器的工作原理不同 所利用的敏感元件的敏感效應不同 生物傳感器與物理傳感器和化學傳感器的最大區(qū)別在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì) 3 傳感器的一般應用模式傳感器是將所感受到的物理量 如力 熱 光等 轉(zhuǎn)換成便于測量的量 一般是電學量 的一類元件 其工作過程是 通過對某一物理量敏感的元件 將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量 一般由敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換電路三個部分組成 如圖5 1 1所示 圖5 1 1 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 關(guān)于傳感器 下列說法不正確的是 A 傳感器是將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置B 壓力傳感器是將力學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置C 話筒中的傳感器將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號D 傳感器廣泛應用于信息采集系統(tǒng) 解析 選C 傳感器是這樣一類元件 它能夠感受外界信息 并將其按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信息的器件或裝置 即將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量的元件 故A對 壓力傳感器就是將力學量轉(zhuǎn)化為電學量的裝置 B對 話筒中的傳感器是聲傳感器 它將聲音信號轉(zhuǎn)化成電信號 不是將電信號轉(zhuǎn)化成聲音信號 C錯 傳感器應用在自動測量和自動控制系統(tǒng)中 擔負著信息采集和轉(zhuǎn)化任務 故D對 二 光電傳感器的原理及光敏電阻1 光電傳感器 是一種能夠感受光信號 并按照一定規(guī)律把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置 2 光敏電阻 在被光照射時電阻發(fā)生變化 可以把光照強弱轉(zhuǎn)換為電阻大小這個電學量 3 半導體的導電機理 以半導體材料硅為例說明半導體的導電機理 圖5 1 2是硅原子排列示意圖 每個原子的最外層有4個電子 由于熱運動或其他原因 其中極少數(shù)電子可能獲得較大的能量 掙脫原子的束縛而成為自由電子 這樣 在原來的地方就留下一個空位 稱為 空穴 空穴相當于一個正電荷 當這個空穴由附近原子中的電子來填補時 就出現(xiàn)了一個新的空穴 這種變化相當于空穴在移動 圖5 1 2 如果有了外電場 自由電子和空穴會向相反的方向做定向移動 于是在半導體中形成了電流 自由電子和空穴都叫做載流子 4 光敏電阻的特性當光敏電阻受到光照射時 會有更多的電子獲得能量成為自由電子 同時也形成更多的空穴 于是導電性明顯地增強 電阻減小 不受光照射時的電阻阻值是受光照射時的100倍 1000倍 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 如圖5 1 3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分別與光敏電阻RG的兩端相連 這時表針恰好指在刻度盤的中央 若用不透光的黑紙將RG包裹起來 表針將向 填 左 或 右 轉(zhuǎn)動 若用手電筒光照射RG 表針將向 填 左 或 右 轉(zhuǎn)動 圖5 1 3 解析 歐姆表的表盤刻度最右邊是0 最左邊是無窮大 將RG包裹起來 光敏電阻受光照變?nèi)?電阻增大 指針向左轉(zhuǎn)動 用手電筒照射RG時 光敏電阻受光照變強 電阻減小 指針向右偏轉(zhuǎn) 答案 左右 三 溫度傳感器的原理及熱敏電阻1 溫度傳感器溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學量變化的裝置 常見的溫度傳感器有熱敏電阻和熱電偶等 2 熱敏電阻熱敏電阻由半導體材料制成 當半導體材料的溫度升高時 必定接收了外界的能量 自己的內(nèi)能增加 加劇內(nèi)部分子 或原子 的熱運動 使很多束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?載流子增多 增強了導電性 熱敏電阻有溫度系數(shù)大 靈敏度極高 反應迅速 體積小 壽命長等優(yōu)點 3 熱敏電阻的兩種類型熱敏電阻的電阻率隨溫度變化而明顯變化 常見的有兩種類型 1 正溫度系數(shù)熱敏電阻 PTC熱敏電阻 這種熱敏電阻的電阻率隨溫度升高而增大 其特性與金屬熱電阻相似 其電阻隨溫度的變化圖象如圖5 1 4所示 圖5 1 4圖5 1 5 2 負溫度系數(shù)熱敏電阻 NTC熱敏電阻 這種熱敏電阻的電阻率隨溫度升高而明顯減小 其電阻隨溫度的變化圖象如圖5 1 5所示 4 熱敏電阻的用途熱敏電阻可以將溫度這一非電學量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化 進而轉(zhuǎn)化為電流或電壓這些電學量的變化 理論上說 所有與溫度有關(guān)的問題都可以使用熱敏電阻 熱敏電阻的靈敏性好但穩(wěn)定性較差 測溫范圍較小 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 如圖5 1 6所示 將萬用電表的選擇開關(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的兩端相連 這時表針恰好指在刻度盤的正中間 若往Rt上擦一些酒精 表針將向 填 左 或 右 移動 若用吹風機將熱風吹向電阻 表針將向 填 左 或 右 移動 圖5 1 6 解析 若往Rt上擦一些酒精 由于酒精蒸發(fā)吸熱 熱敏電阻Rt溫度降低 電阻值增大 指針應向左偏 用吹風機將熱風吹向電阻 電阻Rt溫度升高 電阻值減小 指針向右偏 答案 左右 課堂互動講練 全面了解汽車的運行狀態(tài) 速度 水箱溫度 油量 是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一 為模仿汽車油表原理 自制一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置 如圖5 1 7所示 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 小陽同學在裝置中使用了一只電壓表 圖中沒有畫出 通過觀察電壓表示數(shù) 可以了解油量情況 你認為電壓表應該接在圖中的 兩點之間 按照你的接法請回答 當油箱中油量減少時 電壓表的示數(shù)將 填 增大 或 減小 對傳感器原理的認識 圖5 1 7 精講精析 由題圖可知當油箱內(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 且當R R時 UR IR可視為UR與R成正比 所以電壓表應接在b c之間 當油量減少時 電壓表示數(shù)將增大 答案 b c增大 方法總結(jié) 1 各類傳感器工作原理雖不完全相同 但都是把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量 2 傳感器輸出的電學量有電流 電壓及電路通斷等多種形式 3 解此類問題的基本思路 分析電路結(jié)構(gòu) 研究電阻的變化 判斷 計算 電流 電壓的變化 如圖5 1 8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 圖5 1 8 當有光照射R1時 信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 當有光照射R1時 信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次A B C D 精講精析 R1為光敏電阻 當有光照射時 R1的阻值變小 R2上的電壓變大 信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 由題意知 當傳送帶上的物體擋住光時 信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 這種電壓高低交替變化的信號轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)字 實現(xiàn)自動計數(shù)的功能 達到自動計數(shù)的目的 故 說法正確 答案 A 方法總結(jié) 對含光電傳感器的電路一般按以下思路分析 1 判斷電路的整體連接特點 2 由光敏電阻的變化判斷出整個電路總電阻的變化 3 根據(jù)閉合電路歐姆定律判斷干路中電流的變化 4 根據(jù)電路串并聯(lián)特點和歐姆定律判出各部分電路電壓和電流的變化 進而得出電壓表 電流表示數(shù)的變化和各部分功率的變化 類型三 熱敏電阻的應用 如圖5 1 9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 圖5 1 9 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)?思路點撥 自主解答 R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián) 與電源構(gòu)成閉合電路 當熱敏電阻溫度降低時 電阻R2增大 外電路電阻增大 電流表讀數(shù)減小 路端電壓 E Ir 變大 R1兩端電壓 IR1 變小 燈L電壓 E Ir IR1 變大 燈泡亮度變強 C正確 答案 C 變式訓練如圖5 1 10所示是一火警報警器的一部分電路示意圖 其中R2為用半導體熱敏電阻 阻值隨溫度的升高而減小 制成的傳感器 電流表為值班室的顯示器 a b之間接報警器 當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時 顯示器的電流I 報警器兩端的電壓U的變化情況是 圖5 1 10 A I變大 U變大B I變小 U變小C I變小 U變大D I變大 U變小解析 選B 當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時 半導體熱敏電阻R2的阻值減小 通過電源的電流增大 報警器兩端的電壓U減小 值班室的顯示器的電流減小 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全