（通用版）2018-2019版高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt

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1傳感器及其工作原理,第六章傳感器,[學習目標]1.了解什么是傳感器，感受傳感技術在信息時代的作用與意義.2.知道將非電學量轉化為電學量的意義.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.,內容索引,,自主預習預習新知夯實基礎,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關,自主預習,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、化學成分等____量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為便于傳送和處理的另一個物理量(通常是電壓、電流等量)，或轉換為電路的的元件.2.非電學量轉換為電學量的意義：把轉換為電學量，可以方便地進行測量、傳輸、處理和.,物理,電學,通斷,控制,非電學量,二、光敏電阻的特點及工作原理1.當半導體材料受到或者溫度時，會有更多的電子獲得能量成為電子，同時也形成更多的空穴，于是導電能力明顯增強.2.光敏電阻是用材料(如硫化鎘)制成的.它的特點是光照越強，電阻越.它能夠把這個光學量轉換為這個電學量.,光照,升高,自由,半導體,小,光照強弱,電阻,三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點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.,半導體,增大,升高,減小,溫度,四、霍爾元件的特點1.霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時，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強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量.,電場力,洛倫茲力,B,UH,[即學即用]1.判斷下列說法的正誤.(1)傳感器可以把非電學量轉化為電學量.()(2)光敏電阻的阻值隨光照的強弱而變化，光照越強電阻越大.()(3)熱敏電阻一般用半導體材料制作，導電能力隨溫度的升高而增強，但靈敏度低.()(4)霍爾元件一共有兩個電極，電壓這個電學量就通過這兩個電極輸出.(),答案,√,,,,2.如圖1所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時，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”).,答案,圖1,變小,變亮,重點探究,[導學探究]干簧管結構：如圖2所示，它只是玻璃管內封入的兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖3電路，當條形磁鐵靠近干簧管時：,一、傳感器,答案燈泡會亮，因為當條形磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通.,圖2圖3,(1)會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？,答案,(2)干簧管的作用是什么？,答案干簧管起到開關的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器.,圖2圖3,答案,[知識深化]1.傳感器的原理：,非電學量,→,傳感器(敏感元件、轉換器件、轉換電路),電學量,→,2.在分析傳感器時要明確(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學量轉化為電學量；(3)是如何顯示或控制開關的.,解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時，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，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，電壓表的示數(shù)減小.,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，當油量變化時，電壓表的示數(shù)如何變化？,圖4,答案見解析,答案,解析,[導學探究]在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后，就可以準確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖5所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？,二、光敏電阻,圖5,答案,答案當光被產(chǎn)品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計數(shù)一次.,例2(多選)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大,圖6,解析,答案,√,√,√,解析當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤.因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確.結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確.,[導學探究]如圖7所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數(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？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？,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；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，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現(xiàn)對電路相關物理量的控制.如圖8所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器.當環(huán)境溫度降低時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兩板間的電場強度減小D.R1消耗的功率增大,圖8,答案,解析,√,√,解析當環(huán)境溫度降低時，R2變大，電路的總電阻變大，由I＝知I變小，又U＝E－Ir，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩板間的電壓U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯誤.,含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(tài)分析步驟1.明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強度)的增加是增大還是減小.2.分析整個回路的電阻的增減、電流的增減.3.分析部分電路的電壓、電流如何變化.,[導學探究]如圖9所示，在矩形半導體薄片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M、N間會出現(xiàn)電壓，稱為霍爾電壓UH.(1)分析為什么會出現(xiàn)電壓.,四、霍爾元件,圖7,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UH的表達式.,圖7,答案,答案設薄片厚度為d，EF方向長度為l1，MN方向長度為l2，受力分析如圖當洛倫茲力與電場力平衡時，M、N間電勢差達到穩(wěn)定.,再根據(jù)電流的微觀表達式I＝nqvS，S＝l2d,令k＝，其中n為材料單位體積的載流子的個數(shù)，q為單個載流子的電荷量，它們均為常數(shù).則有,[知識深化]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，拇指指的方向為載流子的受力方向，若載流子是正電荷，則拇指所指的面為高電勢面，若載流子是負電荷，則拇指所指的面為低電勢面.,例4如圖10所示，截面為矩形的金屬導體，放在磁場中，當導體中通有電流時，導體的上、下表面的電勢的關系(上板為M，下板為N)是A.φM>φNB.φM＝φNC.φMφN.故選A.,答案,解析,達標檢測,1.(對傳感器的理解)在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關，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,√,1,2,3,4,解析滑動觸頭P左移，滑動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，使光敏電阻R減小，最終達到增大流過燈泡的電流的效果.,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)，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是A.當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大B.當滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小C.當滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變,√,圖11,答案,解析,1,2,3,4,解析R2與燈泡L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，然后與電流表、電源構成閉合電路，當熱敏電阻R2溫度降低時，它的電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈泡L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確，A、B、D均錯誤.,3.(熱敏電阻的特性)如圖12所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時A.R1兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強D.小燈泡的亮度變弱,答案,√,解析,圖12,1,2,3,4,4.(霍爾元件的認識及應用)(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，板內通有如圖方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點，則A.電勢φa＞φbB.電勢φb＞φaC.僅電流增大時，|φa－φb|增大D.其他條件不變，將銅板改為NaCl溶液時，電勢結果仍然一樣,答案,√,解析,圖12,√,1,2,3,4,解析銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動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側偏轉，所以φb＞φa，B正確，A錯誤；因|φa－φb|＝k，所以電流增大時，|φa－φb|增大，C正確；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負離子均向a側偏轉，|φa－φb|＝0，即不產(chǎn)生霍爾效應，故D錯誤.,1,2,3,4,