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111 選修3-2第六章第1節(jié)：傳感器及其工作原理學案 課前預習學案 預習內容 【預習目標】：了解什么是傳感器，傳感器中常見的三種敏感元件光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件及其它們的工作原理。 三種常見的敏感元件 （1）光敏電阻 ①材料及構造 ②工作原理 ③功能：把__________（光學量）轉換為______（電學量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 ①熱敏電阻 a）材料 b）特點 c）功能：把_______轉換為_______（電學量）。 d）分類： 正溫度系數PTC熱敏電阻（特點） 負溫度系數NTC熱敏電阻（特點） ②金屬熱電阻 a）材料 b）特點 c）功能：把_______轉換為_______（電學量）。 （3）霍爾元件 ①材料及構造 ②霍爾電壓：_________________________。 推導： ③功能：把_________（磁學量）轉換為_______（電學量）。傳感器功能：能將力、溫度、光、聲、物質成分等_________轉化為______的 課內探究學案 【學習目標】 （1）、了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義； （2）、知道傳感器中常見的三種敏感元件光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件及其它們的工作原理。 （3）、了解傳感器的應用。 （4）、通過對實驗的觀察、思考和探究，讓學生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時，經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養(yǎng)學生的觀察能力、實踐能力和創(chuàng)新思維能力。 【學習重點】：理解并掌握傳感器的三種常見敏感元件的工作原理。 【學習難點】：分析并設計傳感器的應用電路。 【學習用具】：干簧管，磁鐵，光敏電阻、熱敏電阻演示儀、傳感器簡單應用實驗盒、萬用表。 【學習過程】 （一）傳感器 【身邊現象觀察】感受傳感技術在信息時代的作用和意義 1、自動門，利用人體的紅外微波來開關門 2、日光控制路燈的開關 3、遙控器控制電視開關 4、聲音強弱控制走廊照明燈開關等 5、煙霧報警器，利用煙敏電阻來測量煙霧濃度，從而達到報警目的 6、手機，數碼相機的照相機，利用光學傳感器來捕獲圖象 7、電子稱，利用力學傳感器（導體應變片技術）來測量物體對應變片的壓力，從而達到測量重量目的 8、水位報警，溫度報警，濕度報警，光學報警等都是…… 9、機器人：傳感器在機器人中，是必不可少的元件。傳感器是機器人獲取外部部信息的唯一途徑。有的傳感器就像人的眼睛，可以感受到光的強弱，有的傳感器則像人的皮膚，可以感受到溫度的變化，有的傳感器還能聽到聲音。傳感器就是機器人的感覺器官，它能將外界信息轉換成電信號，并傳送給單片機進行加工處理。安裝了各種傳感器的簡易機器人具有對外界環(huán)境的變化作出反應的能力。 【導讀】仔細研讀教材P51—52，體會什么是傳感器以及傳感器的作用 傳感器的定義： 角度 位移 電流 速度 傳感器 壓力 電壓 濕度 聲強 光照 干簧管和音樂茶杯能夠感受非電學量并將它按照一定規(guī)律轉化成電學量的一類元件或組件 傳感器的工作原理： 【導讀】研讀課文P52，體會光敏電阻和熱敏電阻的作用，能區(qū)分熱敏電阻和金屬熱電阻 Ω 【導思】根據演示實驗并結合教材P57的內容，思考問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠將什么量轉化為什么量？ （4）如右圖所示，隨著光照強度的增加，多用表的指針將如何偏轉？ 【導思】根據演示實驗并結合教材58頁有關內容，思考問題： （1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將什么量轉化為什么量？ （4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化 元件。 （二）當堂檢測 R1 R2 R3 b a 例1：如圖，R2為熱敏電阻，a、b間接報警器。當溫度升高時，a、b間電壓將？ 例2、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，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，歐姆表示數相同，這只元件一定是定值電阻 例3、如圖所示，將萬用表的選擇開關置于“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；若用吹風機將熱風吹向Rt，則指針將向_____（填“左”或“右”）移動。 （遷移）若Rt為PTC熱敏電阻，情況如何？ 例4、電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體（如污水）在管中的流量（即單位時間內通過管內橫截面積的流體的體積）。為了簡化，假設流量計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。流量計的兩端與輸送流體的管道相連（圖中的虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料。現于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當導電流體穩(wěn)定地流經流量計時，在管外將流量計上、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，不計電流表的內阻，則可求得流量為 （ ） A、 B、 C、 D、 例5、如圖所示是電阻式溫度計，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.這實際上是一個傳感器，它是將________轉化為________來進行測量的. （三）課后練習與提高 1．關于光敏電阻，下列說法正確的是（ ） A．光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量 B．硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子極少，導電性能不好 C．硫化鎘是一種半導體材料，無光照射時，載流子較少，導電性能良好 D．半導體材料的硫化鎘，隨著光照的增強，載流子增多，導電性能變好 2．霍爾元件能轉換哪兩個量（ ） A．把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量 B．把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量 C．把力轉換為電壓這個電學量 D．把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量 ３．如圖所示是測定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化（ ） A．電介質進入極板的長度 第3題 B．兩極板間距 C．兩極板正對面積 第4題 R2 R1 R3 D．極板所帶電量 ４．如圖所示，Ｒ１、Ｒ２為定值電阻，Ｌ是小燈泡，Ｒ３為光敏電阻，當照射光強度增大時，（ ） A．電壓表的示數增大 B．Ｒ２中電流減小 C．小燈泡的功率增大 第5題 R3 R4 R1 R2 D．電路的路端電壓增大 5．如圖所示，Ｒ３是光敏電阻，當開關Ｓ閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當用光照射電阻Ｒ３時，則（ ） A．Ｒ３的電阻變小，a點電勢高于b點電勢 B．Ｒ３的電阻變小，a點電勢低于b點電勢 C．Ｒ３的電阻變小，a點電勢等于b點電勢 D．Ｒ３的電阻變大，a點電勢低于b點電勢 6．有一電學元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A．金屬導體 B．絕緣體 C．半導體 D．超導體 7．如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖。現把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關于歐姆表的讀數變化情況正確的是（ ） A．如果R為金屬熱電阻，讀數變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數變小，且變化不明顯 第7題 C．如果R為熱敏電阻（用半導體材料制作），讀數變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻（用半導體材料制作），讀數變化不明顯 8．如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法中正確的是（ ） A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B．在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平 第8題 C．在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平 D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 9．如圖所示寬度為d，厚度為h的金屬板放在垂直于它的磁感應強度為B的勻強磁場中，當有電流I通過金屬板時，在金屬板上側面A和下側面間產生電勢差，這種現象叫霍爾效應，若金屬板內自由電子密度為n，則產生的電勢差U＝___________ 第9題 答案：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD 9、 111