高中物理人教版2第六章傳感器1傳感器及其工作原理 全國(guó)獲獎(jiǎng)

傳感器及其工作原理學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知道什么是傳感器了解傳感器的常用元件的特征【自主學(xué)習(xí)】傳感器：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等＿＿＿＿＿量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等＿＿＿＿量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了。傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過(guò)敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換＿＿＿＿信號(hào)，通過(guò)輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。常見(jiàn)的傳感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。常見(jiàn)傳感器元件：光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻能夠把＿＿＿＿＿這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱。２、金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而＿＿＿＿，用金屬絲可以制作＿＿＿＿傳感器，稱為＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的＿＿＿＿＿好，測(cè)溫范圍＿＿＿，但＿＿＿＿較差。３、電容式位移傳感器能夠把物體的＿＿＿＿這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為＿＿＿這個(gè)電學(xué)量。４、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【典型例題】如圖所示，將萬(wàn)用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻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，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動(dòng)。例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器。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、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路，那么（）當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化例三、如圖所示，有電流I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問(wèn)金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？（此題描述的是著名的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象）【針對(duì)訓(xùn)練】1、簡(jiǎn)單的說(shuō)，光敏電阻就是一個(gè)簡(jiǎn)單的＿＿＿＿＿傳感器，熱敏電阻就是一個(gè)簡(jiǎn)單的＿＿＿＿＿傳感器。為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與電燈控制電路的相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí)，電燈即與電源接通而發(fā)光，這種傳感器為＿＿＿＿傳感器，它輸入的是＿＿＿＿信號(hào)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是＿＿＿＿信號(hào)。如圖所示，是一個(gè)測(cè)定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容品的兩極，把這兩極接入外電路中的電流變化說(shuō)明電容值增大時(shí)，則導(dǎo)電液體的深度h變化為（）h增大h減小C、h不變D、無(wú)法確定如圖所示，R1為定值電阻，R2為熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)（）R1兩端的電壓增大電流表的示數(shù)增大小燈泡的亮度變強(qiáng)小燈泡的亮度變?nèi)跞鐖D所示，為一種測(cè)定角度的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金屬板構(gòu)成的動(dòng)片與定片之間的角度發(fā)生變化時(shí)，試分析傳感器是如何將它的這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的?！灸芰τ?xùn)練】1、關(guān)于光敏電阻，下列說(shuō)法正確的是（）光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照射時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照射時(shí)，載流子較少，導(dǎo)電性能良好半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好2、霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個(gè)量（）把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量把力轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量３、如圖所示是測(cè)定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個(gè)量的變化，造成其電容的變化（）Ａ、電介質(zhì)進(jìn)入極板的長(zhǎng)度Ｂ、兩極板間距Ｃ、兩極板正對(duì)面積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(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，（）Ａ、電壓表的示數(shù)增大Ｂ、Ｒ２中電流減?。?、小燈泡的功率增大Ｄ、電路的路端電壓增大5、如圖所示，Ｒ３是光敏電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)Ｓ閉合后在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻Ｒ３時(shí)，則（）Ａ、Ｒ３的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)Ｂ、Ｒ３的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)Ｃ、Ｒ３的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì)Ｄ、Ｒ３的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)6、有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（）A、金屬導(dǎo)體B、絕緣體C、半導(dǎo)體D、超導(dǎo)體7、如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖。現(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是（）如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化非常明顯如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化不明顯8、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(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況。以下說(shuō)法中正確的是（）將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流I通過(guò)金屬板時(shí)，在金屬板上側(cè)面A和下側(cè)面間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)，若金屬板內(nèi)自由電子密度為n，則產(chǎn)生的電勢(shì)差U＝＿＿＿＿＿【學(xué)后反思】參考答案典型例題：分析：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，所以電流減小，指針應(yīng)向左偏；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，電流增大，指針向右偏。＿左＿＿右＿＿例2、分析：熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。答案：AC例3、分析：當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容器的電容將增大，電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生了變化。答案：BC例4、解：因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮?，故由左手定則可判斷電子向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余的正電荷，故下表面電勢(shì)高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U。當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即