烘煩學(xué)校高二物理-第一節(jié)-傳感器及其工作原理

料益州兼烤市烘煩學(xué)校高二物理選修3-1第一節(jié)傳感器及其工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)知道什么是傳感器，理解各類傳感器的工作原理知道光敏電阻特點(diǎn)及作用掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點(diǎn)及區(qū)別理解霍爾元件的原理及作用會用得各類元件(熱敏電阻、光敏電阻、霍爾元件等)設(shè)計(jì)簡單的控制電路課本導(dǎo)讀傳感器干簧管結(jié)構(gòu)：它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個＿＿＿＿＿＿＿制成的簧片．作用：在電路中起到＿＿＿＿＿＿＿的作用，它是一種能夠＿＿＿＿＿＿＿的傳感器．傳感器作用：它是能夠把易感受的力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等＿＿＿＿＿＿＿按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為容易進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制的電壓、電流等＿＿＿＿＿＿＿，或轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿＿＿＿的一類元件．分類：常見的傳感器有色標(biāo)傳感器、溫度傳感器、＿＿＿＿＿＿＿、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器等等．光敏電阻構(gòu)造及特點(diǎn)：光敏電阻是用＿＿＿＿＿＿＿制成的，硫化鎘就是一種＿＿＿＿＿＿＿．其特點(diǎn)是電阻率隨光照強(qiáng)度的增大而＿＿＿＿＿＿＿，原因是：無光照射，載流子＿＿＿＿＿＿＿，導(dǎo)電性＿＿＿＿＿＿＿．作用：光敏電阻能夠把＿＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)化為＿＿＿＿＿＿＿．熱敏電阻和金屬熱電阻熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而＿＿＿＿＿＿＿，用多金屬做成的傳感器稱為熱電阻．其特點(diǎn)是＿＿＿＿＿＿＿、測溫范圍＿＿＿＿＿＿＿，但＿＿＿＿＿＿＿較差．熱敏電阻：半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力隨溫度升高而＿＿＿＿＿＿＿，電阻率隨溫度升高而＿＿＿＿＿＿＿，用＿＿＿＿＿＿＿做成的傳感器稱為熱敏電阻，熱敏電阻也可以用＿＿＿＿＿＿＿制成．其特點(diǎn)是靈敏度＿＿＿＿＿＿＿．二者的作用：二者都能把＿＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)化為＿＿＿＿＿＿＿．霍爾元件構(gòu)造（如圖6－1－1所示）：在很小的矩形＿＿＿＿＿＿＿薄片上，制作四個電極，就成為一個霍爾元件．霍爾電壓：①形成過程：＿＿＿＿＿＿＿．②表達(dá)式UH=＿＿＿＿＿＿＿，式中d為，k為＿＿＿＿＿＿＿，其大小與＿＿＿＿＿＿＿有關(guān)．作用：用霍爾元件能夠把＿＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿＿＿＿．圖6－圖6－1－2【例1】如圖6－1－2所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆檔”，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）；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）．【解析】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，所以電流減少，指針應(yīng)該向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減少，電流增大，指針向右偏【答案】左右【特別提示】（1）熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化．阻值隨溫度的升高而增大的我們稱之為正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)．阻值隨溫度的升高而減小的我們稱之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)．（2）歐姆表的表盤刻度最右側(cè)為0Ω，最左側(cè)為最大值．【例2】如圖6－1－3所示為光敏電阻自動計(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當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次【解析】當(dāng)光照射到光敏電阻R1上時，R1電阻減小，電路中電流增大．R2兩端電壓升高，信號處理系統(tǒng)得到高電壓，計(jì)數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計(jì)一個數(shù)，從而達(dá)到自動計(jì)數(shù)目的，由以上分析選項(xiàng)A、C正確．【特別提示】光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減?。_(dá)標(biāo)測試下列說法正確的是傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)干簧管是一種磁傳感器圖6圖6－1－4傳感器是力、溫度、光、聲、化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號的主要工具如圖6－1－4為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說法中正確的是圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高用多用電表的同一檔位測量熱敏電阻和光敏電阻的阻值時，下列說法正確的是測熱敏電阻時，溫度越高，多用電表指針偏角越大測熱敏電阻時，溫度越高，多用電表指針偏角越小測光敏電阻時，光照越弱，多用電表指針偏角越大測光敏電阻時，光照越弱，多用電表指針偏角越小利用半導(dǎo)體材料可制成哪些電子元件熱敏電阻光敏電阻晶體管電阻如圖6－1－5所示，某半導(dǎo)體熱敏電阻的I－U圖線可能是金屬鉑的電阻值對溫度高低非常敏感，圖6－1－可能表示金屬鉑電阻的U－I圖線是下列說法正確的是金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度增加而減小半導(dǎo)體的電阻率隨溫度增加而增大用半導(dǎo)體制成的熱敏電阻，可以作為測溫元件用半導(dǎo)體制成的光敏電阻，可以起到開關(guān)的作用關(guān)于熱敏電阻以下說法中正確的是熱敏電阻的阻值隨溫度升高而增大熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小熱敏電阻的阻值隨溫度變化而均勻變化熱敏電阻可以用金屬氧化物制作一般光敏電阻的阻值隨入射光強(qiáng)度的增加而＿＿＿＿＿．由于它對光照較敏感，所以可以作＿＿＿＿＿傳感器．在自動恒溫裝置中，某半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的變化如圖6－1－7所示，這種材料具有發(fā)熱和控溫雙重功能．回答下列問題：（1）通電后，其電功率先增大后減小先減小后增大一直不變無法確定光其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1圖6－1圖6－1－8t1至t2的某一值上大于t2的某一值上按圖6－1－8連接好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是＿＿＿＿＿；用電吹風(fēng)對熱敏電阻吹一會，會發(fā)現(xiàn)小燈泡＿＿＿＿＿，原因是＿＿＿＿＿；停止吹風(fēng)，會發(fā)現(xiàn)＿＿＿＿＿；把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn)＿＿＿＿＿．試推導(dǎo)霍爾電壓的表達(dá)式UB＝kIN/d拓展提高思維升華在理解材料上講授的常見傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，科學(xué)運(yùn)用知識的正遷移，會分析新的傳感器的工作原理，分析它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的．綜合實(shí)踐與創(chuàng)新隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機(jī)已經(jīng)進(jìn)入家庭．洗手后，將濕手靠近自動干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近自動干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)楦淖兞藵穸雀淖兞藴囟雀淖兞舜艌龈淖兞穗娙?．（2000年全國理綜）如圖6－1－9所示，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A’之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U＝KIB/d式中比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)．霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運(yùn)動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場．橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差．設(shè)電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢＿＿＿＿＿＿下側(cè)面A′的電勢（填高于、低于或等于）．電子所受的洛倫茲力的大小為＿＿＿＿＿＿．當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時，電子所受靜電力的大小為＿＿＿＿＿＿．當(dāng)靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系統(tǒng)為k=1/ne，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個數(shù)．第二節(jié)傳感器的應(yīng)用（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)了解傳感器應(yīng)用的一般模式理解應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用――電子秤的工作原理理解聲傳感器的應(yīng)用――話筒的工作原理理解溫度傳感器的應(yīng)用――電熨斗的工作原理會用各類傳感器（力傳感器、聲傳感器、溫度傳感器等）設(shè)計(jì)簡單的控制電路課本導(dǎo)讀應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用――電子秤應(yīng)變式力傳感器的構(gòu)造：它是由＿＿＿＿和＿＿＿＿＿組成，應(yīng)變片是一種敏感元件，多用＿＿＿＿＿制成．應(yīng)變式力傳感器的工作原理如圖6－2－1所示：彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個＿＿＿＿＿，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面＿＿＿＿＿，下表面＿＿＿＿＿，上表面應(yīng)變片的電阻變＿＿＿＿＿，下表面的電阻變＿＿＿＿＿．F越大，彎曲形變越＿＿＿＿＿，應(yīng)變片的阻值變化就越＿＿＿＿＿．如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，則上面應(yīng)變片兩端的電壓變＿＿＿＿＿，下面應(yīng)變片兩端的電壓變＿＿＿＿＿．因此可得，外力越大，輸出的電壓差值也就越＿＿＿＿＿．應(yīng)變力傳感器的作用：它能夠把＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換成＿＿＿＿＿．二、聲傳感器的應(yīng)用――話筒1．話筒的作用：話筒是一種常見的聲傳感器，它能把＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿＿．圖6―2―22．動圈式話筒的構(gòu)造（如圖6圖6―2―23．電容式話筒的構(gòu)造（如圖6－2－3所示）及工作原理：它主要是由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、和＿＿＿＿＿組成的一個電容器．4．駐極體話筒的工作原理及特點(diǎn)：它的工作原理與電容式話筒＿＿＿＿＿，但工作電壓不同，它只需＿＿＿＿＿的電壓，而電容式話筒需＿＿＿＿＿的電壓．它的特點(diǎn)有＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿．三、溫度傳感器的應(yīng)用――電熨斗1．電熨斗的構(gòu)造（如圖6－2－4所示）：它主要由＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、彈性銅片、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、電熱絲、金屬底板等幾部分組成．圖圖6－2－42．電熨斗的工作原理：常溫下上下觸點(diǎn)是＿＿＿＿＿，設(shè)定溫度時，通過調(diào)節(jié)＿＿＿＿＿使彈性銅片下降，與彈性銅片相連接的上觸點(diǎn)與＿＿＿＿＿接通，這樣電路接通，電熱絲發(fā)熱產(chǎn)生熱量，溫度升高，可以熨燙衣物．這時雙金屬片也由于受熱而膨脹，但因雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)＿＿＿＿＿下層金屬，使雙金屬片向＿＿＿＿＿彎曲，上下觸點(diǎn)脫離，電路斷開．由于電路斷開，電熱絲不再發(fā)熱，溫度降低，雙金屬片恢復(fù)初態(tài)，電路又接通加熱．不難看出，雙金屬片溫度傳感器的作用就是＿＿＿＿＿．典型例題【例1】動圈式話筒和磁帶錄音機(jī)都應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖甲是話筒原理圖，圖乙是錄音機(jī)的錄音、放音原理圖，由圖6－2－5可知話筒工作時磁鐵不動，線圈振動而產(chǎn)生感生電流錄音機(jī)放音時變化的磁場在靜止的線圈產(chǎn)生感生電流錄音機(jī)放音線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場錄音機(jī)錄音時線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場【解析】話筒的工作原理是，聲波迫使金屬線圈在磁鐵產(chǎn)生的磁場中振動產(chǎn)生感應(yīng)電流．A正確．錄音時，話筒產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)放大電路放大后在錄音機(jī)磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場，D正確．磁帶在放音時通過變化的磁場使放音頭產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)放大電路后再送到揚(yáng)聲器中，B正確【答案】ABD【例2】一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖6－2－實(shí)線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)被動，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快，能自動控制溫度的特點(diǎn)．PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示．根據(jù)圖線分析：為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快？通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在T＿＿＿＿＜t＜T＿＿＿＿范圍之內(nèi)．（填下標(biāo)數(shù)字）【答案】（1）冷態(tài)時PTC電阻很少，電功率很大，所以升溫快．（2）67自我測評下列說法正確的是應(yīng)變式力傳感器可以測重力，也可以用來測牽引力電子秤的核心元件是應(yīng)變片，它多用金屬材料制成，是一種敏感元件應(yīng)變片能把力學(xué)量―――物體形變轉(zhuǎn)換為電學(xué)量―――電壓所有電子秤都應(yīng)用了應(yīng)變式力傳感器關(guān)于話筒，下列說法正確的是無論動圈式話筒、電容式話筒、還是駐極體話筒，作用相同都將聲波――力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了電壓（或電流）――電學(xué)量電容式話筒和駐極體話筒原理相同，都是聲波的變化引起電容變化，進(jìn)而引起輸出電壓的變化動圈式話筒利用通電線圈在磁場中受安培力振動實(shí)現(xiàn)聲向電的轉(zhuǎn)化因?yàn)轳v極體話筒價格便宜、靈敏度高，會場大都用駐極體話筒下列說法正確的電熨斗能自動控制溫度主要利用了雙金屬片，兩片金屬的膨脹系數(shù)相同常溫下，上下觸點(diǎn)是分享的；溫度過高時，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分享需要較高溫度熨燙時，要調(diào)節(jié)溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與電燈控制電路相接．當(dāng)樓道內(nèi)有人走動而發(fā)出聲響時，電燈即被接通電源而發(fā)光，這種傳感器為＿＿＿＿＿，它輸入的是＿＿＿＿＿＿信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是＿＿＿＿＿信號．傳感器是一種采集信息的重要器件，圖6－2－7是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路，當(dāng)待測壓力為F作用于可動膜片電極上時，以下說法中正確的若F向上壓膜片電極，電路中有從a和b的電流若F向上壓膜片電極，電路中有從b和a的電流若F向上壓膜片電極，電路中不會出現(xiàn)電流若電流表有示數(shù)，則說明壓力F發(fā)生變化圖圖6－2－76．.1999年7月12日，原子能公司所屬敦賀灣電站由于水管破裂導(dǎo)致國徽冷卻劑外流，在檢測此重大事故中應(yīng)用了非電量變化（冷卻劑外泄使管中液面變化）轉(zhuǎn)換為電信號的自動化測量技術(shù)．如圖6A．電容增大反映h增大B．電容增大反映h減少C．將金屬棒間的電壓和導(dǎo)電液體分別接電源兩極再斷開后，液體深度變化時導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓增大反映h減小圖6－2－圖6－2－87．（高考上海綜合）卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器．其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號．下列說法正確的是A．該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢8．如圖6－2－9所示，是一種測定角度變化的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金屬構(gòu)成的動片和定片之間的角度0發(fā)生變化時，試分析傳感器是如何將這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的？圖圖6－2－99．利用熱敏電阻，電磁繼電器，電鈴，學(xué)生電源，必要的導(dǎo)線，開關(guān)等，設(shè)計(jì)一個火災(zāi)裝置．要求有安全和兩種指示．拓展提高思維升華通過分析傳感器的三個典型應(yīng)用實(shí)例電子秤、話筒和電熨斗的工作原理，著重分析它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)非電學(xué)量向電學(xué)量的轉(zhuǎn)換，嘗試著進(jìn)行簡單控制電路的設(shè)計(jì)，以達(dá)到學(xué)以致用的目的．綜合實(shí)踐與創(chuàng)新1．（上海）某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為零；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U．現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、開關(guān)及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）．請?jiān)谌鐖D所示的方框內(nèi)完成對該物體質(zhì)量的測量．設(shè)計(jì)一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖．簡要說明測量步驟，示出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m0．請?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的一個問題．

第三節(jié)傳感器的應(yīng)用（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)理解溫度傳感器的應(yīng)用――電飯鍋的結(jié)構(gòu)及工作原理了解溫度傳感器的應(yīng)用――各種數(shù)字式測溫儀的特點(diǎn)及測溫元件理解光傳感器的應(yīng)用――機(jī)械式鼠標(biāo)器的構(gòu)造及工作原理了解光傳感器的應(yīng)用――火災(zāi)器的構(gòu)造及工作原理會用各類傳感器（光傳感器、溫度傳感器等）設(shè)計(jì)簡單的控制電路課本導(dǎo)讀溫度傳感器的應(yīng)用――電飯鍋電飯鍋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖6－3－1所示）：電飯鍋主要由接線螺釘、觸點(diǎn)、轉(zhuǎn)軸、開關(guān)按鈕、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、彈簧、內(nèi)膽底等構(gòu)成．其中＿＿＿＿＿＿為主要元件，它是用＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿混合燒結(jié)而成的．它的特點(diǎn)主要有：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，但是上升到＿＿＿＿＿＿時，就失去＿＿＿＿＿＿性，不能被磁體吸引了．該溫度在物理學(xué)中稱為該材料的＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿．圖圖6－3－1電飯鍋的工作原理：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．溫度傳感器的應(yīng)用―――測量儀測溫儀的原理：溫度傳感器要以把＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)換成＿＿＿＿＿＿，再由指針式儀表或數(shù)字式儀表顯示出來．這就是指針式測溫儀和數(shù)字式測溫儀的原理．由于電信號可以遠(yuǎn)距離傳輸，所以應(yīng)用溫度傳感器可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測溫．測溫元件：它可以是＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿（利用該元件可以實(shí)現(xiàn)無接觸測溫）．光傳感器的應(yīng)用――鼠標(biāo)器機(jī)械式鼠標(biāo)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：它由一個滾球、兩個滾軸、兩個＿＿＿＿＿＿（它的邊緣開有許多等間距的小齒）、兩個＿＿＿＿＿＿（LED）、還有兩個＿＿＿＿＿＿（兩個光傳感器）等組成的．機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理：當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動時，滾球的運(yùn)動通過＿＿＿＿＿＿帶動兩個＿＿＿＿＿＿轉(zhuǎn)動，紅外線接收管就收到的＿＿＿＿＿＿，輸出相應(yīng)的＿＿＿＿＿＿．計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)x，y兩個方向的脈沖信號，處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的＿＿＿＿＿＿．光傳感器的應(yīng)用――煙霧散射式火災(zāi)器煙霧散射火災(zāi)器的構(gòu)造：帶孔的罩子內(nèi)裝有＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和不透明的檔板．煙霧散射式火災(zāi)器的工作原理：平時，＿＿＿＿＿＿收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)＿＿＿＿＿＿狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有＿＿＿＿＿＿作用，使部分光線照射到＿＿＿＿＿＿，其電阻變＿＿＿＿＿＿，與傳感器連接的電路檢測發(fā)出這種變化，就會發(fā)出警報(bào)．圖6圖6－3－2【例1】如圖6－3－2是電飯煲的電路圖，S1是一個控溫開關(guān)，手動閉合后，當(dāng)此開關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)（103℃）時，會自動斷開．S2是一個自動控控溫開關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時，會自動閉合；溫度高于80℃時會自動斷開，紅燈是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈，分流電阻R1＝R2＝500Ω，加熱電阻絲R3＝分析電飯煲的工作原理計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比．簡要回答，如果不閉合開關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？【解析】（1）電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動閉合，同時手動閉合S1，這時黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到80℃，S2自動斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到103℃時，開關(guān)S1自動斷開，這時飯已經(jīng)煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)．由于散熱，待溫度將至70℃時，S2自動閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80℃（2）加熱時電飯煲消耗的電功率P1＝U2/R并，保溫時電飯煲消耗的功率P2＝，兩式中從而有如果不閉合開關(guān)S1，開始S2總是閉合的，R1被短路，功率為P1，當(dāng)溫度上升到80℃時，S2自動斷開，功率降為P2，溫度降到70℃，S2自動閉合……溫度只能在70℃【例2】如圖6－3－3所示為實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在小車上，C為小車的車輪．車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電路記錄和顯示．若實(shí)驗(yàn)顯示單位時間的脈沖數(shù)n，累積脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理數(shù)據(jù)是＿＿＿＿＿＿＿；小車速度的表達(dá)式為V＝＿＿＿＿＿＿＿；行程的表達(dá)式為s＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿．圖6－3－3【解析】小車的速度等于車輪的周長與單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)的乘積．設(shè)車輪的半徑為R，單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)為k，則有V圖6－3－3若齒輪的齒數(shù)為P，則齒輪轉(zhuǎn)一圈，電子電路顯示的脈沖數(shù)即為P，已經(jīng)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，所以單位時間內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)為n/P．由于齒輪與車輪同軸相連，他們在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動圈數(shù)相等，即k＝n/P．由以上兩式可得：v＝2πRn/P．同理，設(shè)車輪轉(zhuǎn)動的累積圈數(shù)為k，則有s=2πRk，，且k＝N/P，所以s＝2πRN/P可見，要測小車的速度v和行程s，必需測出單位時間的脈沖數(shù)n和累積脈沖數(shù)N，車輪半徑R和齒輪的齒數(shù)P．【答案】車輪的半徑R和齒輪的齒數(shù)P：2πRn/P2πRN/P自我測評下述儀器或裝置用到傳感器的有自動器電子秤電視搖控器紅外線探測儀試說明下列各種場合分別選用怎樣的傳感器普通電冰箱中的自動溫度控制電路馬路兩側(cè)的路燈控制電路氣墊導(dǎo)軌上用的光電門樓梯燈控制電路賓館的自動門話筒非接觸式體溫計(jì)搖控電視機(jī)的接收器關(guān)于電飯鍋，下列說法正確的是電飯鍋中的傳感器磁體是一種半導(dǎo)體材料開始煮飯時，壓下開關(guān)按鈕的原因是克服彈簧的彈力使永磁體一端上升，上下觸點(diǎn)接觸接通電路用電飯鍋煮米飯，飯熟后水分被大米吸收，鍋底的溫度會升高，當(dāng)升高到“居里溫度”時，電飯鍋會自動斷電用電飯鍋燒水，水沸騰后也可以自動斷電下列說法中正確的是機(jī)械式鼠標(biāo)器中光傳感器就是兩個紅外接收管，它的作用就是光信號（紅外線脈沖）轉(zhuǎn)換成電信號（電脈沖）機(jī)械式鼠標(biāo)器中光傳感器是由兩個滾軸，兩個碼盤，兩個紅外線發(fā)射管（LED）和兩個紅外接收管組成的火災(zāi)器中光傳感器是光電三極管，它的作用也是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號火災(zāi)器是利用煙霧對光的散射作用來工作的5．（高考上海綜合）用搖控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的過程．下列屬于這類傳感器的是A．紅外裝置B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．自動洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器圖6－3－46．計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏光陰自動計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息．光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖如圖6－3－4所示，其中R圖6－3－4A．當(dāng)有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R2時，處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次圖6－圖6－3－57．如圖6－3－5是一火警裝置的一部分電路示意圖，其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，電流表為值班室的顯示器，a，b之間接器．當(dāng)傳感R2所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、器兩端的電壓U的變化情況是A．I變大，U變小B．I變小，U變小C．I變小，U變大D．I變大，U變小圖6－3－48．（2003高考上海綜合）傳感器可將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，起自動控制作用．如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電熨斗、電飯煲中有溫度傳感器，電機(jī)機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光傳感器……演示位移傳感器的工作原理如圖6－3－4所示，物體M圖6－3－4A．物體M運(yùn)動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B．物體M運(yùn)動時，電壓表的示數(shù)為發(fā)生變化C．物體M不動時，電路中沒有電流D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)9．如圖6－3－5所示電路，R3是光敏電阻，光開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點(diǎn)等電熱，當(dāng)用光照射電阻R3時，則A．R3的電阻變小，a點(diǎn)的電勢高于b點(diǎn)電勢B．R3的電阻變小，a點(diǎn)的電勢低于b點(diǎn)電勢圖6－3－5C．R3圖6－3－5D．R3的電阻變大，a點(diǎn)的電勢低于b點(diǎn)電勢圖6－3－610．電飯鍋的原理如圖6－3－6所示，煮飯時開關(guān)S圖6－3－6（1）電阻R1的作用是保護(hù)紅色指示燈不致因電流過大而燒毀，與電飯鍋發(fā)熱板的等效電阻相比，二者大小應(yīng)有什么關(guān)系？為什么？通常情況下用這種電飯鍋燒水時它的自動斷電功能能不能起作用，為什么？拓展提高思維升華通過分析傳感器的四個典型應(yīng)用實(shí)例電飯鍋、測溫儀、鼠標(biāo)器和火災(zāi)器的工作原理，著重分析它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)非電學(xué)量向電學(xué)量的轉(zhuǎn)換，嘗試著進(jìn)行簡單電路的設(shè)計(jì)，以達(dá)到學(xué)以致用的目的．圖6圖6－3－7生活中，經(jīng)常用到用光控制電路的情況．例如路燈的控制開關(guān)，傍晚時等光暗到一定程度，路燈會自動點(diǎn)亮，清晨時光亮到一定程度，路燈自動熄滅．下面是光敏電阻、兩個電源、帶放大器（放大器內(nèi)有電源，圖中沒有表示出來）的斷電器和燈的示意圖（見圖6—3－7）．繼電器的線圈A繞在軟鐵芯上，并且跟放大器的輸出端c、d相連，a、b是放大器的作用是：當(dāng)輸入端回路中電流發(fā)生較小變化時，輸出端回路中電流發(fā)生較大的變化．當(dāng)線圈A產(chǎn)生的磁場足夠強(qiáng)時，就會克服彈簧K的彈力將銜鐵c吸下，觸頭D斷開、觸頭B接通；當(dāng)輸入端回路中電流變化較小時，線圈A產(chǎn)生的磁場不足以吸住銜鐵C，則觸頭B斷開、觸頭D接通．連接實(shí)物圖，使得光強(qiáng)時燈滅，光弱時燈亮．簡要說明此電路的工作原理．第四節(jié)傳感器的應(yīng)用實(shí)例（四）學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握光控開關(guān)電了路的工作原理掌握溫度器電路的工作原理課本導(dǎo)讀在邏輯電路中，常把電勢的高低叫做電平的高低．“輸出低電平”的意思是，輸出端處于-------------------電勢的狀態(tài)．斯密特觸發(fā)器是具有-----------------功能的非門，常用符號-------------------表示．當(dāng)加在斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值（1.6v）時，輸出端Y會突然從---------------------電平跳到---------------------電平（0.25V），而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個值時侯（0.8V），輸出Y從---------------------電平跳到-------------------電平（3.4V）斯密特觸發(fā)器可以將-----------------變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為----------------變的數(shù)字信號．典例分析圖6－4－1現(xiàn)有熱敏電阻、電路絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和若干導(dǎo)線.如圖6－4－圖6－4－1【解析】發(fā)熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路．【答案】（1）電路圖如圖6－4－2所示．圖6－4－2（2）工作過程，閉合S圖6－4－2自我評測如圖6－4－3所示的電路為一個邏輯電平檢測器．使用時，將檢測器的輸入端A接到被測點(diǎn)．當(dāng)被檢測點(diǎn)為高電平時，發(fā)光二極管就會導(dǎo)通發(fā)光；當(dāng)被檢測點(diǎn)為低電平時，發(fā)光二極管就不會發(fā)光．試說明為什么？圖圖6－4－3圖6－4－3是一個為警報(bào)器裝置的邏輯電路圖．是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，R是一個阻值較小的分壓電阻．要做到低溫時電鈴不響，出現(xiàn)為災(zāi)時產(chǎn)生高溫，電鈴響起．在圖中虛線處畫出接入的斯密特觸發(fā)器．為什么在高溫時電鈴會響起？為了提高電路的靈敏度，即將溫度調(diào)的低些，那么R的值應(yīng)該大一些還是小一些？拓展提高★思維升華圖6圖6－4－4★綜合實(shí)踐與創(chuàng)新如圖6—4－4所示的光控電路中，試說明該電路的工作原理．為什么要用繼電器來啟閉另外的供電電路？為什么必須給繼電器并聯(lián)一只二極管？2.在綜合實(shí)踐與創(chuàng)新1中，使二極管發(fā)光和繼電器動作的電流是怎樣形成通路的？ 課時1傳感器及其工作原理【課本導(dǎo)讀】一、1．軟磁性材料，開關(guān)，感知磁場2．非電學(xué)量，電學(xué)量，電路的通斷，力傳感器二、1．半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體材料，減少，極少，不好，增多，變好2．光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量，電阻這個電學(xué)量三、1．增大，化學(xué)穩(wěn)定性好，大，靈敏度2．增強(qiáng)，明顯減小，半導(dǎo)體材料，金屬氧化物，較高3．溫度這個熱學(xué)量四、1．半導(dǎo)體2．①如圖題圖6－1在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，則薄片中的截流子就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，稱為霍爾電壓UH。②（推導(dǎo)略），，薄片的厚度，霍爾系數(shù)，薄片的材料3．磁場感應(yīng)強(qiáng)度，電壓這個電學(xué)量【達(dá)標(biāo)測試】1．ABD2．BD3．AD4．ABC5．B6．B7．CD8．BD9．減小，光電10．(1)A(2)C11．由于熱敏電阻阻值較大，左側(cè)電路電流較小，電磁鐵磁性較弱吸不住銜鐵；逐漸變亮電吹風(fēng)對熱敏電阻加熱使其阻值變小，電路中電流增大，電磁鐵吸住銜鐵，小燈泡不會立即熄滅，熱敏電阻溫度仍然較高；小燈泡熄滅。12．(參見拓展提高第2圖)【擴(kuò)展提高】1．D2．(1)低于(2)eU/h(evB)(4)電子受到橫向靜電力橫向靜電力與洛倫茲力與洛倫茲力的作用，兩力平衡，有eU/h=evB由上式，得U=hvB通過導(dǎo)體的電流密度I=neV·d·h，有U=kIB/d,有hvB=k·neVB·d·h/d得k=I/ne課時2傳感器的應(yīng)用【課本導(dǎo)讀】一、1．金屬梁，應(yīng)變片，半導(dǎo)體材料2．應(yīng)變片，拉伸，壓縮，大，小，大，大，大，小，大3．物體形變這個力學(xué)量，電壓這個電學(xué)量二、1．聲信號，電信號2．永久磁體；膜片；線圈；當(dāng)聲波使膜片振動時，在彈性膜片后面粘接的一個輕小的金屬線圈隨之振動，線圈處于永磁體的磁場中產(chǎn)生與聲音變化規(guī)律相同的感應(yīng)電流，這樣就將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。3．絕緣支架；薄金屬膜；固定電極；保真度；當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的感應(yīng)電流，這樣就將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。4．類似，3－6V，250V，體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高。三、1．調(diào)溫旋鈕，升降螺絲，絕緣支架，觸點(diǎn)，雙金屬片2．分離的，調(diào)溫旋鈕，下觸點(diǎn)，大于，下，控制電路的通斷。【達(dá)標(biāo)測試】1．AC2．AB3．BC4．聲，聲，電5．BD6．AC7．B8．夾角θ的變化，引起電容器的變化，若電容器始終與電源相接，即電壓一定時，電容器在角度θ變化時，就會充或放電，產(chǎn)生電流，這樣就將這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。9．如圖所示【擴(kuò)展提高】1．（1）設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示。（2）測量的步驟與結(jié)果：①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓UO③將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U由UO＝kmog,得k=UO/mog測得U=kmg,所以m=moU/UO(3)①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。②待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程課時3傳感器的應(yīng)用（二）【課本導(dǎo)讀】一、1．永磁體