物理高中人教版選修3-2學(xué)案6-1傳感器及其工作原理Word版含解析

第六章傳感器1傳感器及其工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是傳感器,理解各類傳感器的工作原理.2.知道光敏電阻的特點(diǎn)及作用.3.掌握熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)及區(qū)別.4.理解霍爾元件的原理及作用.自主探究1.傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的、等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的.

2.光敏電阻在被光照時(shí)電阻發(fā)生變化,光照越強(qiáng),電阻越.

3.熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而,且阻值隨溫度變化非常明顯.

4.霍爾電壓的決定式為UH=kIBd.式中d為,k為.霍爾系數(shù)的大小與薄片的有關(guān)合作探究一、什么是傳感器活動(dòng)體驗(yàn):音樂茶杯平放在桌上時(shí),無聲無息,提起茶杯,茶杯播放悅耳的音樂.提出問題:音樂茶杯的工作開關(guān)在哪里?開啟的條件是什么?猜想假設(shè):(1)開關(guān)在茶杯底部,茶杯被提起后,所受的壓力發(fā)生改變,茶杯的開關(guān)閉合,音樂響起.(2)開關(guān)在茶杯底部,茶杯被提起后,茶杯底部的光線由弱變強(qiáng),茶杯的開關(guān)閉合,音樂響起.實(shí)驗(yàn)探究:(1)提起茶杯,用兩根手指使勁擠壓茶杯的底部,音樂并沒有停止.(2)提起茶杯,用書擋住茶杯的底部但不擠壓,音樂停止.自主學(xué)習(xí):閱讀課本P52“什么是傳感器”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí).傳感器把量轉(zhuǎn)換為量,便于測量、傳輸、處理和控制.

二、光敏電阻活動(dòng)體驗(yàn):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.在室內(nèi)自然光的照射下,電阻值很大;在強(qiáng)光的照射下,電阻值很小.提出問題:換用一只普通的電阻,小心地把電阻表面的漆涂層除去一些,使里面的導(dǎo)電膜漏出來接受光照.重做上述實(shí)驗(yàn),結(jié)果相同嗎?自主學(xué)習(xí):閱讀課本的P53“光敏電阻”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí).1.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量.

2.工作原理:光敏電阻在光照射下發(fā)生變化.光敏電阻是由硫化鎘制成的,硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料,無光照時(shí),載流子極少,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.

三、熱敏電阻活動(dòng)體驗(yàn):將一只熱敏電阻接到多用電表的兩端,電表置于倍率為100的歐姆擋.在冷水中,電阻值很小;在熱水中,電阻值很小.提出問題:換用一只金屬熱電阻,重做上述實(shí)驗(yàn),結(jié)果相同嗎?自主學(xué)習(xí):閱讀課本的P54“熱敏電阻和金屬熱電阻”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí).1.熱敏電阻與金屬熱電阻相比,化學(xué)穩(wěn)定性,溫度范圍,靈敏度.

2.熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量.

四、霍爾元件自主學(xué)習(xí):閱讀課本P55“霍爾元件”的內(nèi)容,學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí).如圖,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,它就成了一個(gè)霍爾元件.若在E、F間通入恒定的電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁場B,則薄片中的載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)電壓UH.這個(gè)電壓叫做霍爾電壓,其決定式為UH=kIBd.式中d為薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),它的大小與薄片的材料有關(guān)1.一個(gè)霍爾元件的厚度d、k為定值,若保持I恒定,則UH的變化就與B成.

2.霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量.

課堂檢測1.關(guān)于干簧管,下列說法正確的是()A.干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C.干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用D.干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的2.下列關(guān)于傳感器的說法正確的是()A.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的B.金屬材料也可以制成傳感器C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D.以上說法都不正確3.有一個(gè)消毒用電器P,電阻為20kΩ,它只有在電壓高于24V時(shí)才能工作.今用一個(gè)光敏電阻R1對它進(jìn)行控制,光敏電阻在光照時(shí)為100Ω,黑暗時(shí)為1000Ω.電源電動(dòng)勢E為36V,內(nèi)阻不計(jì),另有一個(gè)定值電阻R2,電阻為1000Ω.下列電路,開關(guān)閉合后能使消毒用電器在光照時(shí)正常工作、黑暗時(shí)停止工作的是()4.如圖所示,將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,用光照射光敏電阻時(shí),表針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度為θ;現(xiàn)用手掌擋住部分光線,表針自左向右的偏角為θ',則可判斷()A.θ'=θ B.θ'<θC.θ'>θ D.不能確定5.如圖所示,R3是光敏電阻,當(dāng)開關(guān)S閉合后在沒有光照射時(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢,當(dāng)用光照射電阻R3時(shí),則()A.R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 B.R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢C.R3的電阻變大,a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 D.R3的電阻變大,a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢6.如圖所示,在信息技術(shù)高速發(fā)展、電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天,擔(dān)負(fù)著信息采集任務(wù)的傳感器在自動(dòng)控制、信息處理中發(fā)揮著越來越重要的作用,其中熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號的元件.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中,安裝好如圖所示裝置.向杯內(nèi)加入冷水,溫度計(jì)的示數(shù)為20℃,多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?讀出熱敏電阻的阻值R1.然后向杯內(nèi)加入熱水,溫度計(jì)的示數(shù)為60℃,發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大,則下列說法正確的是()A.應(yīng)選用電流擋,溫度升高換用大量程測量B.應(yīng)選用電流擋,溫度升高換用小量程測量C.應(yīng)選用歐姆擋,溫度升高時(shí)換用倍率大的擋D.應(yīng)選用歐姆擋,溫度升高時(shí)換用倍率小的擋7.如圖所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖.現(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?關(guān)于歐姆表的示數(shù)變化情況正確的是(設(shè)水對電阻阻值的影響不計(jì))()A.如果R為金屬熱電阻,示數(shù)變大,且變化非常明顯B.如果R為金屬熱電阻,示數(shù)變小,且變化不明顯C.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成),示數(shù)變化非常明顯D.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成),示數(shù)變化不明顯8.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的帶電荷量增大B.電壓表的示數(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9.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).對于一個(gè)霍爾元件,d、k為定值,如果保持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(工作面是指較大的平面)()A.將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面,UH將變大B.在測定地球兩極的磁場強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C.在測定地球赤道上的磁場強(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10.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與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間.如果往RT上擦一些酒精,那么表針將向(選填“左”或“右”)移動(dòng);如果用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,那么表針將向(選填“左”或“右”)移動(dòng).

11.如圖所示為自動(dòng)水位報(bào)警器的示意圖,在水位低于B時(shí),電磁鐵所在的控制電路部分?jǐn)嗦?燈亮;當(dāng)水位升高到B時(shí),電磁鐵所在的控制電路部分接通,燈亮.

12.如圖所示,厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí),在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間會(huì)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(shí),電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U=kIBd,式中的比例系數(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(dòng)的電子聚焦在導(dǎo)體板的一側(cè),在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)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(shí),導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢差.設(shè)電流I是由電子的定向移動(dòng)形成的,電子的平均定向移動(dòng)速度為v,電荷量為e.回答下列問題:(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢下側(cè)面A'的電勢(選填“高于”“低于”或“等于”).

(2)電子所受的洛倫茲力的大小為.

(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí),電子所受靜電力的大小為.

(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)為k=1ne,其中n代表導(dǎo)體板單位體積內(nèi)電子的個(gè)數(shù)參考答案自主探究1.非電學(xué)電壓電流通斷2.小3.減小4.薄片的厚度霍爾系數(shù)材料合作探究一、什么是傳感器自主學(xué)習(xí):非電學(xué)電學(xué)二、光敏電阻答案點(diǎn)撥:普通電阻的阻值與光照的程度無關(guān).自主學(xué)習(xí):1.電阻2.電阻三、熱敏電阻答案點(diǎn)撥:金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,溫度范圍大,但靈敏度較差.自主學(xué)習(xí):1.差小高2.電阻四、霍爾元件自主學(xué)習(xí):1.正比2.電壓課堂檢測1.CD解析:干簧管能感知磁場,是因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)舌簧所處位置的磁場方向相同時(shí),就會(huì)吸引,所以將其作開關(guān)來使用,當(dāng)磁場靠近的時(shí)候,就會(huì)閉合或斷開.2.B解析:半導(dǎo)體材料可以制成傳感器,其他材料也可以制成傳感器,所以A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;傳感器不但能感知電壓的變化,還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,所以C項(xiàng)錯(cuò)誤.3.C解析:利用相關(guān)知識(shí)分析可知,電路A和B只能使消毒用電器在光照時(shí)正常工作,不能在黑暗時(shí)停止工作;電路C能使消毒用電器在光照時(shí)正常工作,黑暗時(shí)停止工作;電路D不能使消毒用電器在光照時(shí)正常工作,黑暗時(shí)停止工作.4.B解析:光敏電阻的阻值隨光照的減少而增大,所以用手掌擋住部分光線后光敏電阻的阻值變大,多用電表的指針偏角變小.5.A解析:當(dāng)光照射R3時(shí),R3阻值變小,R4分壓變大,則a點(diǎn)電勢將會(huì)升高,所以a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢.6.D解析:多用電表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源,故不能用電流表,A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)溫度升高時(shí)多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大,說明熱敏電阻的阻值變小了,應(yīng)該換用倍率小的擋,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確.7.C解析:金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大,但靈敏度較差.而熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)靈敏度高,C項(xiàng)正確.8.AB解析:當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí),R2變大,電路的總電阻變大,由I=ER總知,I變小,又U=E-Ir,電壓表的示數(shù)U增大,B項(xiàng)正確;又由U1=IR1及P1=I2R1可知,U1變小,R1消耗的功率P1變小,D項(xiàng)錯(cuò)誤;電容器兩板間的電壓U2=U-U1,U2變大,由電場強(qiáng)度E'=U2d,Q=CU2可知,Q、E'都增大,故A項(xiàng)正確9.ABD解析:一個(gè)磁極靠近霍爾元件工作面時(shí),B增強(qiáng),由UH=kIBd知,UH將變大,故A項(xiàng)正確;兩極處磁場可看作與地面垂直,所以工作面應(yīng)保持水平,故B項(xiàng)正確;赤道處磁場可看作與地面平行,所以工作面應(yīng)保持豎直,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;若磁場與工作面夾角為θ,則應(yīng)有qvBsinθ=UHdq,可見θ變化時(shí),UH將變化,故10.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,所以電流減小,表針應(yīng)向左偏;用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,電阻RT溫度升高,電阻值減小,電流增大,表針向右偏.答案:左右11.解析:當(dāng)水位低于B時(shí),電磁鐵所在的控制電路部分?jǐn)嗦?此時(shí)電磁鐵不吸引銜鐵,綠燈所在回路接通,所以綠燈亮;當(dāng)水位升高到B