第2節(jié)　常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用　第3節(jié)　利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置 教學(xué)課件

物理第五章傳感器第2節(jié)常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用第3節(jié)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解光敏電阻的特性及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。2．了解金屬熱電阻和熱敏電阻的特性及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。3．了解電阻應(yīng)變片、電容式位移傳感器的特性及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。4．會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。01必備知識(shí)素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識(shí)點(diǎn)1常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用(一)光敏電阻1．特點(diǎn)：光敏電阻在暗環(huán)境中電阻______，在強(qiáng)光照射下電阻______。2．原理：無(wú)光照時(shí)，載流子______，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子______，導(dǎo)電性變______。3．作用：把____________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____這個(gè)電學(xué)量。很大很小極少增多好光照強(qiáng)度電阻4．應(yīng)用：自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置

沒(méi)有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值較______；有物品擋住由A射向B的光信號(hào)時(shí)，光敏電阻的阻值變______。小大(二)熱敏電阻和金屬熱電阻

熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度升高而______電阻率隨溫度升高而______制作材料__________________優(yōu)點(diǎn)靈敏度高化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍大作用將______這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____這個(gè)電學(xué)量減小增大半導(dǎo)體金屬溫度電阻(三)電阻應(yīng)變片1．電阻應(yīng)變片原理：電阻應(yīng)變片是一種使用非常廣泛的______元件。我們知道，電阻與導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān)。當(dāng)金屬絲受到拉力時(shí)，長(zhǎng)度變長(zhǎng)、橫截面積變小，導(dǎo)致電阻變______；當(dāng)金屬絲受到壓力時(shí)，長(zhǎng)度變短、橫截面積變大，導(dǎo)致電阻變______。金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變(伸長(zhǎng)或縮短)時(shí)，其電阻隨著它所受機(jī)械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的____________效應(yīng)。金屬電阻應(yīng)變片就是利用這一原理制成的。除了金屬電阻應(yīng)變片外，常用的電阻應(yīng)變片還有半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，它的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的______效應(yīng)。力敏大小電阻應(yīng)變壓阻2．作用：電阻應(yīng)變片能夠把____________這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____這個(gè)電學(xué)量。我們經(jīng)常見(jiàn)到的電子秤，它所使用的測(cè)力器件是力傳感器。常用的一種力傳感器是由____________和__________________組成的，稱為_(kāi)___________傳感器。物體形變電阻金屬梁電阻應(yīng)變片應(yīng)變式力3．應(yīng)變式力傳感器原理：這種力傳感器的工作原理如圖所示。彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片。在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變______，下表面應(yīng)變片的電阻變______。力F越大，彎曲形變?cè)酱?，?yīng)變片的____________就越大。如讓應(yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變______，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變______。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。力F越大，輸出的電壓差值也就越______。大小電阻變化大小大4．電容式位移傳感器(位移傳感器)

原理：它可以將____________轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____信號(hào)，如圖所示，當(dāng)物體向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容______；當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容______。位移變化電容增大減小知識(shí)點(diǎn)2利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置(一)門窗防盜報(bào)警裝置1．電路2．工作原理：閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于______狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而______繼電線圈K，使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與____________接通，發(fā)光二極管LED______。當(dāng)門窗開(kāi)啟時(shí)，磁體離開(kāi)干簧管，干簧管失磁_(tái)_____，繼電器被斷電。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與____________接通，蜂鳴器H____________。防盜接通常開(kāi)觸點(diǎn)a發(fā)光斷開(kāi)常閉觸點(diǎn)b發(fā)聲報(bào)警(二)光控開(kāi)關(guān)1．電路2．工作原理：當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值______，三極管____________，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于______，即發(fā)光二極管____________；繼電器處于常開(kāi)狀態(tài)，小燈泡L______。當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值______，三極管______，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。很小不導(dǎo)通斷路不工作不亮變大導(dǎo)通[判一判](1)光敏電阻本身就是一種傳感器。(

)(2)光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)電阻越小。(

)(3)熱敏電阻是用金屬鉑制成的，它對(duì)溫度的感知很靈敏。(

)(4)半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時(shí)電阻大幅度變化。(

)(5)金屬熱電阻的溫度升高時(shí)電阻升高。(

)(6)應(yīng)變式力傳感器可以用來(lái)測(cè)量重力，也可用來(lái)測(cè)牽引力。(

)×√×√√√1．(光敏電阻)如圖甲所示，光敏電阻R2上加上如圖乙所示的光照，那么R2兩端的電壓變化是下列圖中的(

)√解析：光敏電阻阻值隨光照的增強(qiáng)而減小，根據(jù)題圖乙知R2兩端的電壓隨之同頻率地先減小后增大，但不會(huì)是0，選B。2．(熱敏電阻和金屬熱電阻)(多選)電阻R隨溫度T變化的圖線如圖，下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C．圖線1對(duì)應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高D．圖線2對(duì)應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高√√解析：金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大，半導(dǎo)體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，A錯(cuò)誤，B正確；圖線1對(duì)應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好但靈敏度低，圖線2對(duì)應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差但靈敏度高，C錯(cuò)誤，D正確。探究一光敏電阻【問(wèn)題導(dǎo)引】1．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。分別記錄用手掌遮光、用室內(nèi)自然光照射和用陽(yáng)光直射時(shí)的阻值，三種情況下光敏電阻的阻值有何變化？由此可以得出什么結(jié)論？2．換用一只普通的電阻，小心地把電阻器表面的漆層除去一些，使里面的導(dǎo)電膜露出來(lái)接受光照。重做上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同嗎？提示：1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：同一只光敏電阻，用多用電表測(cè)量其阻值，用手掌遮光時(shí)，電阻值較大，在室內(nèi)自然光的照射下電阻值變小，改用陽(yáng)光直接照射時(shí)，電阻值變得更小。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)我們得到：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而明顯減小。2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：普通電阻在不同光照的情況下其阻值是相同的。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：普通電阻的阻值不受光照強(qiáng)度的影響，而光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化發(fā)生明顯的變化。1．光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成。2．特點(diǎn)是在被光照射時(shí)電阻會(huì)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻減小，光照減弱電阻增大。3．作用是把光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。【例1】如圖所示，將多用電表兩表筆接在一光敏電阻兩端，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為θ′，則可判斷(

)A．θ′＝θ

B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能確定[解析]光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小?！蘙針對(duì)訓(xùn)練1]

(多選)計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號(hào)，激光掃描光盤信息時(shí)，激光頭利用光敏自動(dòng)計(jì)數(shù)器將反射回來(lái)的脈沖信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息。光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖如圖所示，其中R1

為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是(

)A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：當(dāng)有光照射R1時(shí)，R1的電阻減小，處理系統(tǒng)獲得高電壓；信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次。√√[針對(duì)訓(xùn)練2]

(多選)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√√√解析：光的強(qiáng)度是被測(cè)量，光敏電阻R3為光敏元件，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正確，D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正確；結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C正確。探究二熱敏電阻【問(wèn)題導(dǎo)引】

如圖所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)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(shí)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(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？提示：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(fēng)機(jī)將熱風(fēng)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。含有熱敏電阻電路的動(dòng)態(tài)分析步驟(1)明確熱敏電阻的阻值隨溫度的增加是增大還是減小。(2)分析整個(gè)回路的電阻、電流的增減。(3)分析部分電路的電壓、電流如何變化?！纠?】某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對(duì)溫度很敏感)的I－Ut關(guān)系曲線圖如圖甲所示。將該熱敏電阻連入如圖乙所示電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω。由熱敏電阻的I－Ut關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)_______V；電阻R2的阻值為_(kāi)_______Ω。[答案]

5.4

105.9[針對(duì)訓(xùn)練3]如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是(

)A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化√解析：電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻絲的電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗。[針對(duì)訓(xùn)練4]如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)，下列描述正確的是(

)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(qiáng)

D．小燈泡的亮度變?nèi)酢探馕觯篟2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路。當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，電路中電流減小，外電路電壓增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確。探究三自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路時(shí)，一般按照以下的思路進(jìn)行(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路。控制電路由電源、開(kāi)關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過(guò)電磁繼電器相關(guān)聯(lián)，電磁繼電器實(shí)際上是工作電路的開(kāi)關(guān)。(2)分析自控電路的合理性電路設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)它的合理性進(jìn)行分析，用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜幔瑱z查工作電路的接通和斷開(kāi)是否符合實(shí)際要求。例如，自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈發(fā)光?！纠?】如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R－t圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路，繼電器線圈的電阻為150Ω。當(dāng)線圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E＝6V，內(nèi)阻可以不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在________端(選填“AB”或“CD”)；(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100℃，可變電阻R′的值應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi)_______Ω。[解析]

(1)當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻的阻值增加，繼電器線圈中的電流減小，銜鐵被彈開(kāi)，AB將接入加熱電路中，故恒溫箱內(nèi)的加熱器接在AB端。[答案]

(1)A