江蘇省屆高三物理總復(fù)習(xí)六傳感器課件

1傳感器及其工作原理第六章

傳感器[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(shí)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.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)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

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(gè)物理量(通常是電壓、電流等

量)，或轉(zhuǎn)換為電路的

的元件.2.非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把

轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和

.物理電學(xué)通斷非電學(xué)量控制二、光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理1.當(dāng)半導(dǎo)體材料受到

或者溫度

時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為

電子，同時(shí)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

材料(如硫化鎘)制成的.它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越

.它能夠把

這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為

這個(gè)電學(xué)量.光照升高自由半導(dǎo)體小光照強(qiáng)弱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)1.熱敏電阻：用

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

.(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

.2.金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度

而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成

傳感器，稱為熱電阻.半導(dǎo)體增大減小升高溫度四、霍爾元件的特點(diǎn)1.霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受

和

二力平衡.2.霍爾電壓：UH＝k(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)).其中

的變化與

成正比，所以霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量.電場力洛倫茲力UHB1.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(gè)電極，電壓這個(gè)電學(xué)量就通過這兩個(gè)電極輸出.(

)答案[即學(xué)即用]√×××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(shí)，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”).變小變亮答案圖1重點(diǎn)探究(1)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？[導(dǎo)學(xué)探究]干簧管結(jié)構(gòu)：如圖2所示，它是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)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(shí)：一、傳感器圖2答案

燈泡會(huì)亮，因?yàn)楫?dāng)條形磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通.答案圖3(2)干簧管的作用是什么？答案

干簧管起到開關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器.答案[知識(shí)深化]1.傳感器的原理：2.在分析傳感器時(shí)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(dòng)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(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化？答案

見解析答案解析圖4解析

把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減小；油量減少時(shí)，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(shí)，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(shí)，電壓表的示數(shù)減小.[導(dǎo)學(xué)探究]在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)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(dòng)計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么？二、光敏電阻答案答案

當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計(jì)數(shù)一次.圖5例2

(多選)(2017·揚(yáng)州、泰州、南通、淮安、宿遷、徐州六市3月聯(lián)考)如圖6所示的閉合電路中，R是半導(dǎo)體光敏電阻，R1為滑動(dòng)變阻器.現(xiàn)用一束光照射光敏電阻，則

A.電流表讀數(shù)變大

B.電壓表讀數(shù)變大C.電源的總功率變大

D.電源內(nèi)阻的功率變大解析答案圖6√√√解析

一束光照射光敏電阻，光敏電阻的阻值變小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得總電流變大，電流表讀數(shù)變大，滑動(dòng)變阻器R1與電源內(nèi)阻分壓均增大，光敏電阻兩端的電壓減小，電壓表讀數(shù)變小，A正確，B錯(cuò)誤；電源的總功率P＝EI，電流增大，所以電源的總功率增大，C正確；電源內(nèi)阻的功率Pr＝I2r，電流增大，電源內(nèi)阻的功率增大，D正確.[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(shí)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)？三、熱敏電阻和金屬熱電阻圖7答案答案

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(shí)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(shí)

A.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D.R1消耗的功率增大圖8解析答案√√又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動(dòng)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)的變化是增大還是減小.(2)分析整個(gè)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.技巧點(diǎn)撥[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(shí)外加與薄片垂直的磁場B，則M、N間會(huì)出現(xiàn)電壓，稱為霍爾電壓UH.

(1)分析為什么會(huì)出現(xiàn)電壓.四、霍爾元件圖9答案答案

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)試推導(dǎo)UH的表達(dá)式.答案答案

設(shè)薄片厚度為d，EF方向長度為l1，MN方向長度為l2，受力分析如圖再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式I＝nqvS，S＝l2d[知識(shí)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?yàn)檩d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

(2017·揚(yáng)州邗江中學(xué)高二(下)期中)霍爾元件是一種應(yīng)用霍爾效應(yīng)的磁傳感器，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如在翻蓋手機(jī)中，常用霍爾元件來控制翻蓋時(shí)開啟或關(guān)閉運(yùn)行程序.如圖10所示是一霍爾元件的示意圖，通入沿x軸正向的電流I，沿y軸正向加恒定的勻強(qiáng)磁場B，圖中a、b是垂直于z軸方向上元件的前后兩側(cè)面，霍爾元件寬為d(a、b間距離)，ab間將出現(xiàn)電壓Uab，則

A.a、b間電壓Uab僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)B.若霍爾元件的載流子是自由電子，則ab兩端電壓Uab<0C.若霍爾元件的載流子是正電荷，則ab兩端電壓Uab<0D.若增大霍爾元件寬度d，則ab間電壓Uab一定增大圖10解析答案√若霍爾元件的載流子是自由電子，根據(jù)左手定則，電子向a側(cè)面偏轉(zhuǎn)，a表面帶負(fù)電，b表面帶正電，所以b表面的電勢高，則Uab<0.故B正確；若霍爾元件的載流子是正電荷，根據(jù)左手定則，正電荷向a側(cè)面偏轉(zhuǎn)，a表面帶正電，b表面帶負(fù)電，所以a表面的電勢高，則Uab>0.故C錯(cuò)誤；由A選項(xiàng)分析知，a、b間電壓與霍爾元件厚度有關(guān)，與寬度無關(guān)，故D錯(cuò)誤.達(dá)標(biāo)檢測1.(對傳感器的理解)在電梯門口放置一障礙物，會(huì)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1234√2.(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

A.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變1234圖11解析答案√1234解析

滑動(dòng)觸頭P左移，滑動(dòng)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)(2018·如東中學(xué)階段性檢測)某溫控電路的原理如圖12所示，RM是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，R是滑動(dòng)變阻器，某種儀器要求在15℃～27℃的環(huán)境中工作.當(dāng)環(huán)境溫度偏高或偏低時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)降溫或升溫設(shè)備.下列說法中正確的是

A.環(huán)境溫度降低，RM的阻值減小B.環(huán)境溫度升高，Uab變大C.滑片P向下移動(dòng)時(shí)，Uab變大D.調(diào)節(jié)滑片P的位置能改變降溫和升溫設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的臨界溫度答案√1234圖12解析解析

環(huán)境溫度降低時(shí)，RM變大，A錯(cuò)，溫度升高，RM減小，Uab變小，B錯(cuò).滑片向下移動(dòng)，回路電流減小，Uab變小，調(diào)節(jié)滑片位置能改變臨界溫度，D正確.12344.(霍爾元件的認(rèn)識(shí)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(diǎn)，則

A.電勢φa＞φbB.電勢φb＞φaC.僅電流增大時(shí)，|φa－φb|增大D.其他條件不變，將銅板改為NaCl溶液時(shí)，電勢結(jié)果仍然一樣1234解析圖13答案√√解析

銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反，由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以φb＞φa，B正確，A錯(cuò)誤；因|φa－φb|＝k，所以電流增大時(shí)，|φa－φb|增大，C正確；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負(fù)離子均向a側(cè)