高中物理第六章第一節(jié)傳感器及其工作原理課件新人教版選修

第六章傳感器第六章傳感器第一節(jié)傳感器及其工作原理第六章傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解傳感器的概念，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義．2．通過實(shí)驗(yàn)，知道常見敏感元件的工作原理．3．能夠結(jié)合已學(xué)的知識，分析傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用事例．新知初探自主學(xué)習(xí)一、什么是傳感器自研教材1．定義：感受_______量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為____量，或轉(zhuǎn)換為電路的____的一類元件．非電學(xué)電學(xué)通斷成功體驗(yàn)傳感器的作用是什么？提示：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷．二、光敏電阻自主探究將一只光敏電阻接到多用電表的兩端，電表置于倍率為100的歐姆擋，用手掌遮光時(shí)電阻值很大；在室內(nèi)自然光的照射下，電阻值較小；用陽光直接照射下，電阻值很?。@說明了光敏電阻具有什么特點(diǎn)？它把什么量轉(zhuǎn)換為什么量？成功發(fā)現(xiàn)1．特點(diǎn)：電阻值隨光照增強(qiáng)而____2．原因分析：光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，無光照時(shí)，載流子____，導(dǎo)電性能____；隨著光照的增強(qiáng)，載流子____，導(dǎo)電性能____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．減?。俨钤龆嘣鰪?qiáng)．三、熱敏電阻和金屬熱電阻自主探究1．如圖甲，將一只熱敏電阻接到多用電表的兩端，分別用手和冷水去改變熱敏電阻的溫度，用手時(shí)電阻值較小，用冷水時(shí)，電阻值較大．這說明了什么？甲乙2．如圖乙為實(shí)驗(yàn)測出的熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值－溫度特性圖線，由圖線分析，熱敏電阻、金屬熱電阻有什么不同？熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度升高而減小電阻率隨溫度升高而增大制作材料半導(dǎo)體金屬優(yōu)點(diǎn)靈敏度好，測溫精度高化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大作用將溫度(熱學(xué)量)轉(zhuǎn)換為電阻(電學(xué)量)成功體驗(yàn)四、霍爾元件自研教材1．組成：在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，就成為一個(gè)霍爾元件．成功體驗(yàn)在電流通過磁場中的霍爾元件時(shí)，為什么在它的兩個(gè)面之間會產(chǎn)生電壓？提示：因?yàn)殡娏魍ㄟ^霍爾元件時(shí)，它內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)電荷(載流子)在磁場力的作用下，向垂直電流和磁場的方向漂移，從而在此方向上產(chǎn)生電壓．要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)一光敏電阻、熱敏電阻的特性1．光敏電阻(1)光敏電阻的特性光敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的，在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，即隨照射光強(qiáng)度的增加而減?。?2)光敏電阻阻值變化的原因半導(dǎo)體材料受到的光照增強(qiáng)時(shí)，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)也形成更多的空穴，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，電阻減?。?．熱敏電阻(1)熱敏電阻的特性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，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高阻值減?。?2)熱敏電阻阻值變化的原因?qū)τ谪?fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，溫度升高時(shí)，有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時(shí)空穴增多，即載流子數(shù)增多，于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng)，阻值減?。?2013·山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二檢測)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例1【思路點(diǎn)撥】當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，光敏電阻阻值發(fā)生變化，然后根據(jù)直流電路的動(dòng)態(tài)分析方法進(jìn)行判斷．【解析】光的強(qiáng)度是被測量，光敏電阻R3為光敏感元件，同時(shí)也是轉(zhuǎn)換器件．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，可知R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確．故選ABC.【答案】

ABC【規(guī)律總結(jié)】

解決光敏電阻相關(guān)的問題，要分兩步走(1)明確光敏電阻的阻值隨光照如何變化．(2)結(jié)合光敏電阻阻值的變化，利用閉合電路的歐姆定律等相關(guān)運(yùn)算，解決光敏電阻對電路的影響問題．跟蹤訓(xùn)練1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消耗的功率增大如圖所示，電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為h，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？例2【答案】見解析跟蹤訓(xùn)練2如圖所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上、下表面的電勢的關(guān)系為(

)A．φM＞φN

B．φM＝φNC．φM＜φND．無法判斷解析：選A.霍爾效應(yīng)形成的原因是因?yàn)閹щ娏Ｗ釉诖艌鲋惺艿铰鍌惼澚ψ饔?，做定向移?dòng)形成的，根據(jù)左手定則，電子受到向下的洛倫茲力作用，向N板運(yùn)動(dòng)，則M板剩下正電荷，所以φM＞φN.故選A.要點(diǎn)三電容式傳感器1．原理電容器的電容C取決于極板正對面積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θ、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傳感器原理測定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，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θ的變化情況測定液面高度h的電容式傳感器在導(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)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，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的變化情況名稱傳感器原理測定壓力F的電容式傳感器待測壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)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的變化情況測定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)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的變化情況如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的(

)例3A．距離變化B．正對面積變化C．介質(zhì)變化D．電壓變化【解析】平行板電容器的電容C∝εrS/d，本例中的介質(zhì)沒有變化，正對面積也沒有變化，引起電容變化的因素是板間距離d.故選A.【答案】

A【規(guī)律總結(jié)】

電容式傳感器是應(yīng)用了電容器的電容跟板間距離、正對面積、電介質(zhì)及引起它們改變的因素(如力、位移、壓強(qiáng)、聲音等)的關(guān)系，將這些非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容器的電容這個(gè)電學(xué)量．跟蹤訓(xùn)練3(2013·四川南充高中高二檢測)如圖所示為一測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同．如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體深度h的變化為(

)A．正在增大B．正在減小C．不變D．無法確定尋規(guī)探法思維啟迪傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用【范例】

如圖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，你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的________兩點(diǎn)之間，按照你的接法