高中物理魯科版選修325(1+2)揭開傳感器的“面紗”省公開課一等獎全國示范課微課金獎

第1頁第1節(jié)揭開傳感器“面紗”第2節(jié)常見傳感器工作原理第2頁1．知道什么是傳感器，了解傳感器分類，了解其工作原理．2．知道溫度傳感器原理，了解溫度傳感器在生活中應(yīng)用．3．知道光傳感器原理，了解光電傳感器在生活中應(yīng)用．第3頁電信號

物理傳感器

化學傳感器

生物傳感器

第4頁敏感元件

轉(zhuǎn)換元件

轉(zhuǎn)換電路

敏感元件

電信號

電阻大小

減小

第5頁三、探究溫度傳感器原理電學量

熱敏電阻

熱電偶

第6頁增加

負溫度系數(shù)

第7頁一、對傳感器正確了解1．傳感器原理傳感器感受通常是非電學量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出大多是電學量，如電壓、電流、電荷量等，這些輸出信號是非常微弱，普通要經(jīng)過放大等處理后，再經(jīng)過控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作．2．傳感器分類慣用傳感器是利用一些物理、化學或生物效應(yīng)進行工作．依據(jù)測量不一樣，可將傳感器分為物理型、化學型和生物型三類．第8頁物理型傳感器是利用被測量物質(zhì)一些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、磁場等)發(fā)生顯著改變特征制成，如光電傳感器、力學傳感器等．化學型傳感器是利用能把化學物質(zhì)成份、濃度等化學量轉(zhuǎn)換成為電學量敏感元件制成．生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)特征做成，用以檢測與識別生物體內(nèi)化學成份傳感器，生物或生物物質(zhì)主要是指各種酶、微生物、抗體等，分別對應(yīng)酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器等．第9頁二、光敏電阻基本特征1．半導體導電原理如圖5－1、2－2是硅原子排列示意圖，每個原子最外層有4個電子．因為熱運動或其它原因，其中極少數(shù)電子可能取得較大能量，擺脫原子束縛而成為自由電子．這么，在原來地方就留下一個空位，稱為“空穴”．空穴相當于一個正電荷．當這個空穴由附近原子中電子來填補時，就出現(xiàn)了一個新空穴，這種改變相當于空穴在移動．第10頁假如有了外電場，自由電子和空穴會向相反方向做定向移動，于是在半導體中形成了電流．自由電子和空穴都叫做載流子．當半導體材料受到光照或者溫度升高時，會有更多電子取得能量成為自由電子，同時也形成更多空穴，半導體中會有更多載流子，于是導電性能顯著地增強．2．光敏電阻特征(1)阻值特點：阻值隨光照強度增大而減?。?2)導電機理：光敏電阻普通由半導體材料做成，當半導體材料受到光照而溫度升高時，會有更多電子取得能量成為自由電子，同時也形成更多空穴，導電性能變好，電阻變?。?3)作用：光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻大小這個電學量．第11頁三、熱敏電阻和金屬熱電阻1．熱敏電阻(1)特點：熱敏電阻阻值大小與溫度高低相關(guān)．溫度改變，阻值有顯著改變．(2)作用：熱敏電阻能夠?qū)囟雀叩瓦@個熱學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量．(3)分類：熱敏電阻普通用人工合成新型陶瓷材料制成．半導體材料導電性能對溫度改變很敏感，熱敏電阻所用材料依據(jù)其溫度特征可分為三類：正溫度系數(shù)熱敏電阻、負溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻．正溫度系數(shù)熱敏材料(PTC)，它電阻隨溫度上升而增加．第12頁負溫度系數(shù)熱敏材料(NTC)，它電阻隨溫度上升而下降．臨界溫度系數(shù)熱敏材料(CTC)，它電阻在很小溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇下降．(4)熱敏電阻用途熱敏電阻器用途十分廣泛，主要應(yīng)用于：①利用電阻—溫度特征來測量溫度，控制溫度和元件、器件、電路溫度賠償；②利用非線性特征完成穩(wěn)壓、限幅、開關(guān)、過流保護作用；③利用不一樣媒質(zhì)熱耗散特征差異測量流量、流速、液面、熱導、真空度等；④利用熱慣性作為時間延遲器．第13頁2．金屬熱電阻有些金屬電阻率隨溫度升高而增大，這么電阻也能夠做成傳感器，稱為熱電阻．金屬電阻隨溫度升高而增加．金屬熱電阻也是將溫度高低這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量．第14頁【典例1】

如圖5－1、2－3所表示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時(

)．

A．電壓表示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡功率增大D．電路路端電壓增大思緒點撥當照射光強度增大時，光敏電阻阻值發(fā)生改變，然后依據(jù)直流電路動態(tài)分析方法進行判斷．第15頁解析光強度是被測量，光敏電阻R3為光敏感元件，同時也是轉(zhuǎn)換器件．當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表示數(shù)增大，A項正確，D項錯誤．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，故B項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡電流必增大，則小燈泡功率增大，C項正確．答案ABC借題發(fā)揮在光照時，光敏電阻阻值發(fā)生改變，阻值隨光強增加而減小，在電路中，電流和電壓也會發(fā)生對應(yīng)改變，這么就把光學量轉(zhuǎn)變成了電學量．第16頁【變式1】

如圖5－1、2－4所表示，將多用電表選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表兩支表筆分別與光敏電阻Rt兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤中央．若用不透光黑紙將Rt包裹起來，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動；若用手電筒光照射Rt，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動．第17頁解析光敏電阻受光照越強，電阻越小，所以將Rt用不透光黑紙包起來，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．答案左右第18頁【典例2】

如圖5－1、2－5所表示為電阻R隨溫度T改變圖線，以下說法中正確是(

)．A．圖線1是熱敏電阻圖線，它是用金屬材料制成B．圖線2是熱敏電阻圖線，它是用半導體材料制成C．圖線1材料化學穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D．圖線2材料化學穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高思緒點撥(1)熱敏電阻和金屬熱電阻阻值隨溫度改變方向是相反．(2)熱敏電阻隨溫度改變顯著．第19頁解析熱敏電阻由半導體材料制成，電阻隨溫度升高而減小，且靈敏度高，金屬熱電阻隨溫度升高電阻增大，靈敏度不高，但測溫范圍大，化學性質(zhì)穩(wěn)定，故B、D正確．答案BD借題發(fā)揮切記熱敏電阻特征是處理此題關(guān)鍵．熱敏電阻阻值隨溫度升高不一定減小，正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)其阻值隨溫度升高而增大．第20頁【變式2】

如圖5－1、2－6所表示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)覺小燈泡亮度改變是________，發(fā)生這一現(xiàn)象主要原因是(

)．第21頁A．小燈泡電阻發(fā)生了改變B．小燈泡燈絲電阻率隨溫度發(fā)生了改變C．電阻絲電阻率隨溫度發(fā)生了改變D．電源電壓隨溫度發(fā)生了改變解析電阻絲電阻率隨溫度升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，依據(jù)P＝I2R知，小燈泡實際功率減小，所以變暗．答案變暗C第22頁第23頁解析光電計數(shù)器工作原理：當有物體擋住射到光敏電阻R1光照時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，從而到達自動計數(shù)目標．答案AC第24頁2．把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器開關(guān)、電源按如圖5－1、2－8甲所表示電路連接，制成光電報警裝置．當報警器有光照射時，蜂鳴器發(fā)聲，當沒有光照或者光照很弱時，蜂鳴器不發(fā)聲．①光敏電阻：光敏電阻受光照后，阻值會變小．②干簧管繼電器開關(guān)：由干簧管和繞在干簧管外線圈組成，如圖5－1、2－8乙所表示，當線圈中有一定電流時，線圈產(chǎn)生磁場使密封在干簧管內(nèi)兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)．當線圈中沒有電流或者電流很微弱時，磁場消失，簧片在彈力作用下回復到分離狀態(tài)．試說明光電報警器工作原理．第25頁答案當報警器有光照射時，光敏電阻阻值減小，電路中電流增大，線圈產(chǎn)生磁場使密封在干簧管內(nèi)兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片由原來分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，蜂鳴器電路接通，蜂鳴器發(fā)聲．反之，當沒有光照射或光照很微弱時，光敏電阻阻值很大，電路中電流很小，干簧管內(nèi)兩個鐵質(zhì)簧片處于分離狀態(tài)，連接蜂鳴器電路斷開，蜂鳴器不發(fā)聲．第26頁熱敏電阻和金屬熱電阻3.如圖5－1、2－9所表示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時(

)．A．R1兩端電壓增大B．電流表示數(shù)增大C．小燈泡亮度變強D．小燈泡亮度變?nèi)踅馕鯮2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源組成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確，其余各項均錯．答案C第27頁4.如圖5－1、2－10所表示是觀察電阻值隨溫度改變情況示意圖．現(xiàn)在把杯中水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表讀數(shù)改變情況正確是(

)．A．假如R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，