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1、同步導(dǎo)同步導(dǎo)學(xué)方案學(xué)方案課后強(qiáng)課后強(qiáng)化演練化演練本章講述傳感器的相關(guān)知識(shí)隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及事實(shí)上，在我們的身邊就大量地使用著各種各樣的傳感器對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P50例如，電視機(jī)、空調(diào)的遙控器裝置中使用著光學(xué)傳感器；唱卡拉OK時(shí)使用的話筒是一種將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器；電飯鍋、電熨斗、電冰箱中使用著溫度傳感器等等傳感器技術(shù)是一項(xiàng)當(dāng)今世界令人矚目的迅速發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，這部分內(nèi)容也是課程標(biāo)準(zhǔn)中“在課程內(nèi)容上體現(xiàn)時(shí)代性”的一個(gè)標(biāo)志傳感器的種類很多，有簡(jiǎn)單的，也有復(fù)雜的現(xiàn)在大量使用的物理型傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理
2、性能制成的課本中介紹的傳感器是一些工作原理和使用方法比較簡(jiǎn)單的常見的傳感器，主要目的是使學(xué)生對(duì)傳感器知識(shí)有一個(gè)初步的了解，體會(huì)物理知識(shí)在技術(shù)中的應(yīng)用本章包括三單元內(nèi)容：第一單元學(xué)習(xí)傳感器的基本工作原理，學(xué)習(xí)常見的敏感元件：光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的特性及在傳感器中的作用第二單元了解常見傳感器：力、聲、溫度和光傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用，感受傳感技術(shù)給人們的生活帶來的便利第三單元是通過傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，獲取對(duì)自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)并了解光控開關(guān)電路、溫度警報(bào)器及控制原理本章重點(diǎn)：理解并掌握傳感器的工作原理，使學(xué)生加深對(duì)常用傳感器的認(rèn)識(shí)本章難點(diǎn)：會(huì)用各類傳感器(力傳感器、聲傳感器、溫
3、度傳感器等)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制電路.1.重視對(duì)傳感器原理的分析和研究，如霍爾元件的應(yīng)用實(shí)際上是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生洛倫茲力發(fā)生磁偏轉(zhuǎn)所致類似應(yīng)用有：磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、速度選擇器、質(zhì)譜儀等經(jīng)過一番研究和體驗(yàn)后，對(duì)傳感器的學(xué)習(xí)，不僅容易領(lǐng)悟而且印象深刻對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P502注意物理方法的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)傳感器概念可以采用類比的方法：在生活中，人類通過各種器官(眼、耳、鼻、舌、皮膚等)來感知周圍的世界，作出各種判斷反應(yīng)在自動(dòng)化系統(tǒng)中，如果把計(jì)算機(jī)看成“大腦”的話，各種傳感器就是“電五官”如：可見，傳感器是獲取信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)3要熟悉一些敏感元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能，如光敏電阻、
4、熱敏電阻、霍爾元件、雙金屬片、電磁繼電器、二極管、斯密特觸發(fā)器、滑動(dòng)變阻器的分壓作用等，了解它們的工作特點(diǎn)，對(duì)分析傳感器原理，設(shè)計(jì)一些控制電路是很有幫助的4重視理論聯(lián)系實(shí)際，隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及，所以在學(xué)習(xí)過程中要多留意身邊的一些簡(jiǎn)單的控制電路，一些家用電器的工作原理等等，這樣可以幫助理解傳感器的原理，培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)的興趣第1節(jié)傳感器及其工作原理什么是傳感器1傳感器傳感器是能夠感受諸如力、溫度、光、聲、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)換成為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路通斷的元件教 材 要 點(diǎn) 解 讀對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P50(2)傳感器的
5、組成敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等3傳感器的原理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，而它的輸出通常是電學(xué)量，這些輸出信息是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制作用4傳感器的分類物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等)發(fā)生明顯變化的特性制成的
6、，如光電傳感器、力電傳感器等化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的敏感元件制成的生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性制成的，用以檢測(cè)或識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器生物或生物物質(zhì)主要是指各種酶、微生物、抗體等，分別對(duì)應(yīng)酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅?、免疫傳感器等等在分析傳感器的作用時(shí)要明確(1)核心元件是什么；(2)它是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的；(3)它怎樣顯示或控制開關(guān)的光敏電阻1特點(diǎn)光照越強(qiáng)，電阻越小2原因無光照時(shí)，載流子少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好3作用把光照強(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
7、這個(gè)電學(xué)量熱敏電阻和金屬熱電阻電阻電阻項(xiàng)目項(xiàng)目熱敏電阻熱敏電阻金屬熱電阻金屬熱電阻特點(diǎn)特點(diǎn)電阻率隨溫度的升高而減電阻率隨溫度的升高而減小小電阻率隨溫度的升高而電阻率隨溫度的升高而增大增大RT圖象圖象制作材料制作材料半導(dǎo)體半導(dǎo)體金屬金屬導(dǎo)電原理導(dǎo)電原理自由電子和空穴等載流子自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動(dòng)自由電子的定向移動(dòng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度較好靈敏度較好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差圍大，但靈敏度較差作用作用將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，
8、正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小霍爾元件1構(gòu)造：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成為一個(gè)霍爾元件霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量2霍爾效應(yīng)的原理外部磁場(chǎng)使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力，在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的另一種電荷，從而形成橫向電場(chǎng)；橫向電場(chǎng)對(duì)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(shí)，導(dǎo)體板左右兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定的電壓，4霍爾效應(yīng)的應(yīng)用霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測(cè)試和研究中例如，用霍爾效應(yīng)可以確定一種半導(dǎo)體材料是電子型還是空穴
9、型半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度受溫度、雜質(zhì)以及其他因素的影響很大，因此霍爾效應(yīng)為研究半導(dǎo)體載流子濃度的變化提供了重要的方法利用霍爾效應(yīng)做成的霍爾元件有很多方面的用途例如，測(cè)量磁場(chǎng)，測(cè)量直流和交流電路中的電流和功率，轉(zhuǎn)換信號(hào)(如把直流轉(zhuǎn)換成交流并對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，放大直流或交流信號(hào)等)電容式傳感器1原理電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測(cè)定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化2常見電容式傳感器名稱名稱傳感器傳感器原理原理測(cè)定角測(cè)定角度度的電的電容式傳容式傳感器感器當(dāng)動(dòng)片
10、與定片之間的角度當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度發(fā)生變發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變的變化，使電容化，使電容C發(fā)生變化，知道發(fā)生變化，知道C的的變化，就可以知道變化，就可以知道的變化情況的變化情況測(cè)定液測(cè)定液面高度面高度h的電容的電容式傳感式傳感器器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)
11、發(fā)生變化知道生變化知道C的變化，就可以的變化，就可以知道知道h的變化情況的變化情況名稱名稱傳感器傳感器原理原理測(cè)定壓力測(cè)定壓力F的電容的電容式傳感器式傳感器待測(cè)壓力待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容發(fā)生變化，引起電容C的的變化，知道變化，知道C的變化，就的變化，就可以知道可以知道F的變化情況的變化情況測(cè)定位移測(cè)定位移x的電容式的電容式傳感器傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容長(zhǎng)度發(fā)生變化，電容C發(fā)發(fā)生變化，知道生變化，知道C的變化，的變化，就可以知道就可以知道
12、x的變化情況的變化情況.光電轉(zhuǎn)換(光敏電阻的應(yīng)用)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，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解 題 方 法 指 導(dǎo)對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P52【分析】R3的變化R并變化R總變化I總變化U端變化各電流、電壓的變化【解析】當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電
13、流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大【答案】ABC【方法總結(jié)】(1)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小(2)光敏電阻阻值的變化可以引起電路中其他物理量的變化，通過分析電路解決問題如圖所示，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分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射Rt，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將Rt用不透光的黑紙包起來，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏答案：左右熱電轉(zhuǎn)換(熱敏電阻的應(yīng)
14、用)如圖所示，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)，下列描述正確的是()AR1兩端的電壓增大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)酢窘馕觥縍2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，外電路電壓增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)故選C.【答案】C【方法總結(jié)】(1)熱敏電阻其阻值隨溫度的變化而變化，有的隨溫度的升高而增大(PTC元件)有的隨溫度的升高而減小(NTC元件)(2)溫度變化引起電阻阻值變化，從而改變電路中的電流或電壓如圖甲為半導(dǎo)體材料做成
15、的熱敏電阻隨溫度變化的曲線，用該熱敏電阻和繼電器做成溫控電路(如圖乙所示)(1)簡(jiǎn)要分析溫控電路的工作過程：_ _.(2)設(shè)繼電器的線圈電阻為50 ，繼電器線圈中的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，左側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)為6 V，內(nèi)阻可以不計(jì)，試問溫度滿足什么條件時(shí)，右側(cè)的小燈泡會(huì)發(fā)光？ 答案：見解析磁電轉(zhuǎn)換(霍爾效應(yīng)現(xiàn)象)如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用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、為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況以下說法中正確的是()A將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，UH將變大B在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元
16、件的工作面應(yīng)保持水平C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D改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化【解析】了解霍爾元件的工作原理是分析該題的關(guān)鍵，應(yīng)知道霍爾元件電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力二力平衡.【答案】ABD【方法總結(jié)】解決磁電轉(zhuǎn)換問題的基本思路：(1)明確磁場(chǎng)方向(2)明確載流子的電性及運(yùn)動(dòng)方向(3)據(jù)左手定則判斷載流子偏轉(zhuǎn)方向(4)求極板間的電壓和確定極板的正負(fù)(5)據(jù)閉合電路的歐姆定律求解如圖所示，一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中，板面垂直于磁場(chǎng)，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板左、右邊緣的兩點(diǎn)，則()A電勢(shì)abB電勢(shì)baC電流增大時(shí)，|ab
17、|增大D其他條件不變，將銅板改為 NaCl水溶液時(shí)，電勢(shì)結(jié)果仍然一樣答案：BC電容式傳感器的應(yīng)用電容式話筒的保真度比動(dòng)圈式話筒好，其工作原理如圖所示Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流在膜片向右運(yùn)動(dòng)的過程中()A電容變大B電容變小C導(dǎo)線AB中有向左的電流D導(dǎo)線AB中有向右的電流【答案】【答案】AC 如圖為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛
18、線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不動(dòng)D向左偏到某一刻度后不動(dòng)答案：答案：A 默 讀 聯(lián) 想 記 憶對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P541.2007年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了法國(guó)和德國(guó)的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用，在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說法中，錯(cuò)誤的是()課 堂 鞏 固 訓(xùn) 練對(duì)應(yīng)學(xué)生用書對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P54A熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測(cè)控裝置中B光敏電阻是一種光電
19、傳感器C電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用解析：熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，光敏電阻對(duì)光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，這很常見，所以A、B、C三個(gè)說法均正確交流電、直流電均可通過電阻，電阻對(duì)它們均可產(chǎn)生阻礙作用，所以D錯(cuò)誤答案：D2霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪個(gè)物理量()A把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量B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C把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量D把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量答案：答案：B 3.傳感器是把非電學(xué)量(如溫度、速度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著廣泛的應(yīng)用如圖所示是一種測(cè)量液面高度h
20、的電容式傳感器的示意圖，從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況關(guān)于兩者關(guān)系的說法中正確的是()AC增大表示h減小BC減小表示h增大CC減小表示h減小DC的變化與h變化無直接關(guān)系解析：由題意可知，導(dǎo)電芯和導(dǎo)電液體組成的電容器，只能改變兩板的正對(duì)面積，電容與正對(duì)面積成正比如果h上升，相當(dāng)于增大正對(duì)面積，從而導(dǎo)致電容的增大故C正確答案：C4.(2013鄭州高二檢測(cè))如圖所示是一自動(dòng)控制電路示意圖，R1為光敏電阻當(dāng)照射到R1處的光消失時(shí)，電流表中的電流I及ab間的電壓U的變化情況是()AI變大，U變小BI變大，U變大CI變小，U變大 DI變大，U變小解析：當(dāng)照射到光敏電阻上的光消失時(shí)，光敏電阻阻值增大，通過的電流變小，通過R2的電流增大，電流表中電流I變大由光敏電阻阻值增大可知電源的輸出電流減小，ab之間的電壓U增大，故正確答案為B.答案：B4.(2013鄭州高二檢測(cè))如圖所示是一自動(dòng)控制電路示意圖，R1為光敏電阻當(dāng)照射到R1處的光消失時(shí)，電流表中的電流I及ab間的電壓U的變化情況是()AI變大，U變小BI變大，U變大CI變小，U變大 DI變大，U變小解析：當(dāng)照射到光敏電阻上的光消失時(shí)，光敏電阻阻值增大，通過的電流變小，通過R2的電流增大，電流表中電流I變大由光敏電阻阻值增大可知電源的輸出電流減小，ab之間的電壓U增大，故正確答案為B.答案：B
高中物理 第6章 第1節(jié) 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修32
