人教版選修32 　傳感器及其工作原理 學(xué)案.docx

1傳感器及其工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)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(xué)成分等物理量，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、電流等電學(xué)量)，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元件2非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制二、光敏電阻的特點及工作原理1當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度升高時，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(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)2光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的它的特點是光照越強(qiáng)，電阻越小它能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點1熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)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增大(2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小2金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻四、霍爾元件的特點1霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，載流子所受電場力和洛倫茲力二力平衡2霍爾電壓：uh (d為薄片的厚度， 為霍爾系數(shù))其中uh的變化與b成正比，所以霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個電學(xué)量即學(xué)即用 1判斷下列說法的正誤(1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量()(2)光敏電阻的阻值隨光照的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)電阻越大()(3)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作，導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng)，但靈敏度低()(4)霍爾元件一共有兩個電極，電壓這個電學(xué)量就通過這兩個電極輸出()2如圖1所示，r1為定值電阻，r2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，l為小燈泡，當(dāng)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”)圖1答案變小變亮一、傳感器導(dǎo)學(xué)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(dāng)條形磁鐵靠近干簧管時： 圖2圖3(1)會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？(2)干簧管的作用是什么？答案(1)燈泡會亮，因為當(dāng)條形磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通(2)干簧管起到開關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器知識深化 1傳感器的原理2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(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的例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(dāng)油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？圖4答案見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?。挥土繙p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)減小二、光敏電阻導(dǎo)學(xué)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(zhǔn)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？圖5答案當(dāng)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2(多選)如圖6所示，r1、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時()圖6a電壓表的示數(shù)增大br2中電流減小c小燈泡的功率增大d電路的路端電壓增大答案abc解析當(dāng)入射光強(qiáng)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項正確三、熱敏電阻和金屬熱電阻導(dǎo)學(xué)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(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻rt(溫度升高，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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？圖7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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)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(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，c為電 容器當(dāng)環(huán)境溫度降低時()圖8a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(qiáng)度減小dr1消耗的功率增大答案ab解析當(dāng)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(qiáng)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1明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強(qiáng)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、電流如何變化四、霍爾元件導(dǎo)學(xué)探究 如圖9所示，在矩形半導(dǎo)體薄片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.圖9(1)分析為什么會出現(xiàn)電壓(2)試推導(dǎo)uh的表達(dá)式答案(1)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)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(dāng)洛倫茲力與電場力平衡時，m、n間電勢差達(dá)到穩(wěn)定即qqvb再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式inqvs，sl2d整理得：uh令 ，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uh .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(fù)電荷，則拇指所指的面為低電勢面例4如圖10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、下表面的電勢的關(guān)系(上板為m，下板為n)是()圖10amnbmncmn.故選a.1(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a2(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(qiáng))，且r與led間距不變，下列說法中正確的是()圖11a當(dāng)滑動觸頭p向左移動時，l消耗的功率增大b當(dāng)滑動觸頭p向左移動時，l消耗的功率減小c當(dāng)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消耗的功率都不變答案a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(qiáng)，使光敏電阻r減小，最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果3(熱敏電阻的特性)如圖12所示，r1為定值電阻，r2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，l為小燈泡，當(dāng)溫度降低時()圖12ar1兩端的電壓增大b電流表的示數(shù)增大c小燈泡的亮度變強(qiáng)d小燈泡的亮度變?nèi)醮鸢竎解析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(dāng)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(qiáng)，故c正確，a、b、d均錯誤4(霍爾元件的認(rèn)識及應(yīng)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()圖13a電勢abb電勢bac僅電流增大