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1、第六章傳感器傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理第一節(jié)傳感器及其工作原理知道什么是傳感器知道什么是傳感器知道什么是光敏電阻，熱敏電阻，金屬熱電阻以及霍爾元件知道什么是光敏電阻，熱敏電阻，金屬熱電阻以及霍爾元件了解傳感器的工作原理了解傳感器的工作原理 遙感衛(wèi)星能在高空一覽無遺地觀測地貌植被；計算機的顯示屏上能實時顯示遠隔千里的畫面；機器人能替代人完成各種復雜的勞動。這些現(xiàn)代化設備，有的復雜龐大，有的簡單精巧，但它們都需要一種裝置傳感器來獲取信息。那么，什么是傳感器？它為什么能獲取信息，工作原理又是什么呢？這一節(jié)我們就來探究這些問題。1 1知識自主梳理知識自主梳理2 2重點難點突破重點難點突破3 3考點
2、題型設計考點題型設計4 4易錯案例剖析易錯案例剖析5 5課堂知識結構課堂知識結構6 6隨堂鞏固提升隨堂鞏固提升7 7課課 時時 作作 業(yè)業(yè)知識自主梳理知識自主梳理 1定義 傳感器是這樣一類元件：它能夠感受諸如力、_、化學成分等_量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉化為電路的_的元件。 2工作原理傳感器傳感器知知 識識 點點 1溫度、光、聲溫度、光、聲 非電學非電學 通斷通斷 1特點 電阻值隨光照增強而_。 2原理 光敏電阻由半導體材料制成，無光照時，載流子極少，導電性能_；隨著光照的增強，載流子_，導電性_。 3作用 光敏電阻能夠把_這個光學量轉換為_這個電學量。光敏電阻
3、光敏電阻知知 識識 點點 2減小減小 不好不好 增多增多 變好變好 光照強弱光照強弱 電阻電阻 熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻和金屬熱電阻知知 識識 點點 3氧化錳熱敏電阻氧化錳熱敏電阻金屬熱電阻金屬熱電阻特點特點電阻率隨溫度的升高而電阻率隨溫度的升高而_電阻率隨溫度的升高而電阻率隨溫度的升高而_制作材料制作材料半導體半導體金屬金屬優(yōu)點優(yōu)點靈敏度好靈敏度好化學穩(wěn)定性好，測溫化學穩(wěn)定性好，測溫_作用作用將將_這個熱學量轉換為這個熱學量轉換為_這個電學量這個電學量減小減小 增大增大 范圍大范圍大 溫度溫度 電阻電阻 1組成 在一個很小的矩形_薄片上，制作4個電極E、F、M、N，就成為一個霍爾元件。
4、2原理 E、F間通入恒定電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B時，薄片中的載流子就在_作用下，向著與電流和磁場都_的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)霍爾元件霍爾元件知知 識識 點點 4半導體半導體 洛倫茲力洛倫茲力 垂直垂直 3霍爾電壓 UH_，d為薄片厚度，k為霍爾系數(shù)。一個霍爾元件的d、k為定值，若保持I恒定，則UH的變化就與B成正比。 4作用 霍爾元件能夠把_這個磁學量轉換為_這個電學量。磁感應強度磁感應強度 電壓電壓 重點難點突破重點難點突破一、傳感器的工作原理一、傳感器的工作原理 3轉換元件 是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成一定關系的非電信號轉換成電信號的電子元件。
5、4轉換電路 是將轉換元件輸出的不易測量的電學量轉換成易于測量的電學量，如電壓、電流、電阻等。 1光敏電阻 (1)光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，這樣光敏電阻可以把光照強弱轉換為電阻大小這個電學量。 (2)光敏電阻的電阻隨光照的增強而減小。 光敏電阻一般由半導體材料做成，當半導體材料受到光照時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導電性能明顯增強。二、常見的傳感器元器件二、常見的傳感器元器件 2熱敏電阻和金屬熱電阻 (1)熱敏電阻 用半導體材料制成，其電阻值隨溫度變化明顯，如圖所示，為某一熱敏電阻的“RT”特性曲線。 (2)熱敏電阻的兩種型號及其特性 熱敏電阻器是電阻
6、值隨溫度變化而變化的敏感元件。在工作溫度范圍內，電阻值隨溫度上升而增大的是正溫度系數(shù) (PTC)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻器。 (3)熱敏電阻的用途 熱敏電阻器的用途十分廣泛，主要應用于： 利用溫度特性來測量溫度、控制溫度和元件、器件、電路的溫度補償； 利用非線性特性完成穩(wěn)壓、限幅、開關、過流保護作用； 利用不同媒質中熱耗散特性的差異測量流量、流速、液面等。 (4)金屬熱電阻 有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器，稱為金屬熱電阻。如上圖中的為金屬熱電阻“RT”特性曲線。 相比而言，金屬熱電阻化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電
7、阻的靈敏度較好。 解析：電路中安裝了光聲控延時開關，光聲控延時開關中安裝有光敏感元件，用于感知外界光線的強弱。還安裝有聲敏感元件，用于感知外界聲響。當白天外界光線較強時，光聲控延時開關總處于斷開狀態(tài)，燈不亮；當夜晚光線較弱且有聲響時，光聲控延時開關處于導通狀態(tài)，燈亮，延時一段時間后，開關斷開，燈熄滅。 3霍爾元件 (1)霍爾效應 如圖所示，厚度為h，寬度為d的導體放在與之垂直的磁感應強度為B的均勻磁場中。當電流通過導體時，在導體的上側面A與下側面A之間會產生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。 解析：相對于機械斷電器而言，霍爾式點火脈沖發(fā)生器無磨損、免維護，能夠適應惡劣的工作環(huán)境，能夠較大幅度提高發(fā)
8、動機的性能。 4電容 (1)原理：電容器的電容C決定于極板正對面積S、極板間距離d及極板間電介質這幾個因素，如果某一物理量(如角度、位移s、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，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化。 (2)用途 例如：圖(1)是用來測定角度的電容式傳感器，當動片與定片之間的角度發(fā)生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道的變化情況。 圖(2)是測定液面高度h的電容式傳感器，在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質，液面高度h發(fā)生變化時
9、，引起正對面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化。知道C的變化，就可以知道h的變化情況。 圖(3)是測定壓力F的電容式傳感器，待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況。 圖(4)是測定位移x的電容式傳感器，隨著電介質進入極板間的長度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況。 解析：人體是一種導體，可以與其他導體構成電容器。干手機內設有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容大小，使干手機工作?？键c題型設計考點題型設計題型題型1對傳感器工作原理的理解對傳感器工作原理的理解D 解析：自動門的自動控制
10、要求靈敏、可靠，若以溫度控制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動門將無法使用。自動門實際使用的是紅外線傳感器，紅外線屬于不可見光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開、關門。故選項D正確。ABC 解析：由題目中的實驗現(xiàn)象可知，鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，利用了鎢絲的物理性質；從而可以制成溫度傳感器，傳感器能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量，故A、B、C正確，D錯誤，故選ABC。題型題型2熱敏電阻的特性熱敏電阻的特性左左右右 解析：將剛從冰箱中取出的雪糕靠近并接觸熱敏電阻，NTC熱敏電阻是負溫度系數(shù)的，降低溫
11、度，其電阻變大，表針向左偏轉；將一杯熱水靠近并接觸熱敏電阻，熱敏電阻的溫度升高，其電阻變小，指針將向右偏轉。 點評：此類問題一定要弄清熱敏電阻是負溫度系數(shù)還是正溫度系數(shù)的。另外金屬熱電阻都是正溫度系數(shù)的。BD 解析：金屬導體隨著溫度升高，電阻率變大，從而導致電阻增大，對于半導體材料，電阻隨著溫度升高而減小，因此由圖可知，圖線1表示金屬導體的電阻隨溫度的變化，圖線2表示半導體材料的電阻隨溫度的變化，圖線1為金屬熱電阻其化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差；圖線2為熱敏電阻，其化學穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高；故AC錯誤，BD正確。題型題型3光敏電阻的特性及應用光敏電阻的特性及應用BC A當有
12、光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 B當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 C信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次B 題型題型4霍爾元件和干簧管霍爾元件和干簧管CD A磁場無論是什么方向，c、f兩端都會有電勢差 B只要保持磁感應強度大小不變，無論怎樣改變磁場的方向，c、f兩端的電勢差都不會發(fā)生變化 C當磁感應強度大小不變時，c、f兩端的電勢差會隨所加磁場方向的變化而變化 D在加上某一方向的磁場后，如果c、f兩端有電勢差，其數(shù)值會隨磁感應強度的增大而增大 解析：霍爾元件的工作原理是磁場對運動電荷會產生力的作用，但當電荷運動的方向與磁場方向平行時，
13、就不會受到磁場力的作用，c、f兩端就不會產生電勢差，選項AB錯誤，選項C正確；當有磁場時，如果c、f兩端產生電勢差，其數(shù)值會隨磁感應強度的增大而增大，選項D正確。CD 易錯案例剖析易錯案例剖析D 易錯分析：易錯分析：本題易錯選項及錯誤原因分析如下：本題易錯選項及錯誤原因分析如下：易錯選項易錯選項錯誤原因錯誤原因A誤認為電容器始終和電源相連，電壓不變，那么電場強度就不變誤認為電容器始終和電源相連，電壓不變，那么電場強度就不變B忽略了電容器的電容受板間距離的影響，誤認為電容不變，板間電忽略了電容器的電容受板間距離的影響，誤認為電容不變，板間電壓不變，從而極板上帶電量不變壓不變，從而極板上帶電量不變C誤認為振動膜誤認為振動膜a只是向里振動，由于只是向里振動，由于U不變，不變，C變大，則變大，則Q變大，電變大，電容器始終處于充電狀態(tài)容器始終處于充電狀態(tài)課堂知識結構課堂知識結構隨堂鞏固提升隨堂鞏固提升課課 時時 作作 業(yè)業(yè)
高中物理 第6章 傳感器 第1節(jié) 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修32
