人教版選修32 傳感器及其工作原理 第1課時(shí) 學(xué)案.docVIP

在日常生活中我們可能有過這樣的經(jīng)歷:當(dāng)走近自動(dòng)門時(shí),門會(huì)自動(dòng)打開;電梯關(guān)門,當(dāng)兩門靠攏到接觸人體時(shí),門又會(huì)重新自動(dòng)打開這是由于傳感器在起作用,傳感器是自動(dòng)化控制裝置中必不可少的器件,在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天,傳感器發(fā)揮著越來越重要的作用。圖示為電影霹靂五號(hào)中機(jī)器人的造型。課時(shí)6.1傳感器及其工作原理1.初步認(rèn)識(shí)傳感器的基本功能。2.了解傳感器是能感受非電學(xué)量并將其轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的元件。3.知道光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。4.知道霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓。1.什么是傳感器傳感器是指這樣一類元件:它能夠感受諸如、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷等。2.常見傳感器元件(1)光敏電阻光敏電阻是把硫化鎘涂敷在絕緣板上制成的一種電阻,其中硫化鎘是一種材料。(2)金屬熱電阻和熱敏電阻金屬熱電阻與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大,但靈敏度(填“較好”或“較差”)。(3)電容式位移傳感器電容式位移傳感器是把位移這個(gè)量轉(zhuǎn)換成為電容這個(gè)量的傳感器。(4)霍爾元件霍爾元件能夠把這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。主題1:認(rèn)識(shí)傳感器(1)夜晚,樓梯上漆黑一片。但隨著我們的腳步聲響,樓梯的燈亮了;我們登上一層樓,燈光照亮一層樓,而身后的燈則依次熄滅。你認(rèn)為這種照明電路中至少含有哪些傳感器?為什么燈亮了一段時(shí)間才熄滅?(2)傳感器感受的通常是非電學(xué)量,如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等,而它輸出的通常是電學(xué)量,如電壓值、電流值、電荷量等。這些輸出信號(hào)是非常微弱的,那么它是如何送給控制系統(tǒng)來產(chǎn)生各種控制動(dòng)作的?畫出原理圖。主題2:光敏電阻圖示是利用光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖,其中a是發(fā)光儀器,b是接收光信號(hào)的儀器,b中的主要元件是光電傳感器光敏電阻。試說明其計(jì)數(shù)的原理。主題3:溫度傳感器的原理實(shí)驗(yàn)探究(重點(diǎn)探究)如圖所示,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的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間。若往rt上擦一些酒精,表針將如何擺動(dòng)?若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將如何擺動(dòng)?主題4:電容式位移傳感器如圖所示,當(dāng)被測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí),電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)。如果測(cè)出了電容的變化,就能測(cè)定物體位置的變化。(1)用什么方法可以檢測(cè)電容的變化?(2)在如圖所示的情況下,如果電容增大,則說明被測(cè)物體向哪個(gè)方向移動(dòng)了?主題5:霍爾元件霍爾元件是把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量的傳感器。如圖所示,有電流i流過長(zhǎng)方體金屬塊,金屬塊寬為d,高為h,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于霍爾元件的前后表面。你能判斷出此金屬塊上下表面(即a、a)哪面電勢(shì)高嗎?為什么?1.關(guān)于傳感器,下列說法正確的是()。a.所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的b.金屬材料也可以制成傳感器c.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的d.以上說法都不正確2.傳感器是一種采集信息的重要器件。圖示是一種測(cè)定壓力大小的電容式傳感器示意圖。當(dāng)待測(cè)壓力f作用于可動(dòng)膜片電極時(shí),可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的變化。將電容器、靈敏電流表和電源串聯(lián)成閉合電路,則()。a.當(dāng)f向上壓膜片電極時(shí),電容將減小b.當(dāng)f向上壓膜片電極時(shí),電容將增大c.若電流表有示數(shù),則壓力f發(fā)生了變化d.若電流表有示數(shù),則壓力f沒有發(fā)生變化3.如圖所示,rt為負(fù)溫度系數(shù)的半導(dǎo)體熱敏電阻,其他電阻都是普通的電阻,當(dāng)燈泡l的亮度變暗時(shí),說明()。a.環(huán)境溫度變高b.環(huán)境溫度變低c.環(huán)境溫度不變d.都有可能4.圖示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖。其中r1為光敏電阻,r2為定值電阻。當(dāng)光信號(hào)被物品擋住時(shí),光電計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次。此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()。a.當(dāng)有光照射r1時(shí),信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓b.當(dāng)有光照射r1時(shí),信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓c.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次d.信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次拓展一、傳感器的應(yīng)用1.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于空調(diào)、電冰箱等家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的。如圖甲所示,電源的電動(dòng)勢(shì)e=9 v,內(nèi)阻不計(jì);為靈敏電流表,內(nèi)阻rg保持不變;r為熱敏電阻,其電阻阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)s,當(dāng)r的溫度等于20 時(shí),電流表的示數(shù)i1=2 ma;當(dāng)電流表的示數(shù)i2=3.6 ma時(shí),熱敏電阻r的溫度為多少?拓展二、對(duì)霍爾元件的分析2.如圖所示,通過霍爾元件pqef的電流為i,外加垂直于薄片的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,薄片的厚度為d。又已知該元件載流子的電荷量為q,單位體積含載流子的個(gè)數(shù)為n,試推導(dǎo)該霍爾元件上pq兩側(cè)形成的穩(wěn)定電壓uh的表達(dá)式。參考答案第六章傳 感 器課時(shí)6.1傳感器及其工作原理知識(shí)體系梳理力溫度光聲半導(dǎo)體較差力學(xué)電學(xué)磁感應(yīng)強(qiáng)度重點(diǎn)難點(diǎn)探究主題1:(1)照明電路中至少含有光傳感器和聲音傳感器。燈亮了一段時(shí)間是因?yàn)橛醒訒r(shí)電路(開關(guān))。(2)這些信號(hào)通常要經(jīng)過放大后,再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作。傳感器原理如圖所示。非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量敏感元件:相當(dāng)于人的感覺器官,直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量呈一定關(guān)系且易于測(cè)量的物理量,如溫度、位移等。轉(zhuǎn)換器件:也稱傳感元件,通常不直接感受被測(cè)量,而是將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出。轉(zhuǎn)換電路:將轉(zhuǎn)換器件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量,如電壓、電流、頻率等。主題2:當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由a射向b的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值減小,供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓降低;當(dāng)傳送帶上有物品擋住由a射向b的光信號(hào)時(shí),光敏電阻的阻值增大,供給信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓升高。這種高低交替變化的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理系統(tǒng)的處理,就會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。主題3:若往rt上擦一些酒精,由于酒精蒸發(fā),熱敏電阻rt溫度降低,電阻值增大,指針應(yīng)向左偏;若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,電阻rt溫度升高,電阻值減小,指針將向右偏。主題4:(1)給電容器帶上一定的電荷,然后用靜電計(jì)來檢測(cè)兩極板間電勢(shì)差的變化,可判斷電容的變化。靜電計(jì)顯示的電勢(shì)差越大,兩極板間電容越小。(2)如果電容增大,說明兩極板間的電介質(zhì)增多了,被測(cè)物體向左移動(dòng)了。主題5:因?yàn)榛魻栐械淖杂呻姾蔀殡娮?電子定向移動(dòng)的方向與電流方向相反,故由左手定則可判定電子向上偏,則上表面聚集負(fù)電荷,同時(shí)下表面帶有等量的正電荷,故下表面(即a)電勢(shì)高?；A(chǔ)智能檢測(cè)1.b2.bc3.b4.ac全新視角拓展1.120 【解析】由圖乙可知t1=20 時(shí),r的阻值為4 k,由e=i1(r+rg)得rg=ei1-r=9.02 k-4 k=0.5 k當(dāng)i2=3.6 ma時(shí),熱敏電阻的阻值為r,則:r=ei2-rg=9.03.6 k-0.5 k=2.0 k由圖乙可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為t2=120