高中物理 第六章第一节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32.ppt

第六章传感器 第六章传感器 第一节传感器及其工作原理 第六章传感器 学习目标1 了解传感器的概念 知道非电学量转换成电学量的技术意义 2 通过实验 知道常见敏感元件的工作原理 3 能够结合已学的知识 分析传感器在实际中的应用事例 一 什么是传感器自研教材1 定义 感受 量 并能把它们按照一定的规律转换为 量 或转换为电路的 的一类元件 非电学 电学 通断 成功体验传感器的作用是什么 提示 把非电学量转换为电学量 或转换为电路的通断 二 光敏电阻自主探究将一只光敏电阻接到多用电表的两端 电表置于倍率为100的欧姆挡 用手掌遮光时电阻值很大 在室内自然光的照射下 电阻值较小 用阳光直接照射下 电阻值很小 这说明了光敏电阻具有什么特点 它把什么量转换为什么量 成功发现1 特点 电阻值随光照增强而 2 原因分析 光敏电阻由半导体材料制成 无光照时 载流子 导电性能 随着光照的增强 载流子 导电性能 3 作用 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 减小 少 差 增多 增强 三 热敏电阻和金属热电阻自主探究1 如图甲 将一只热敏电阻接到多用电表的两端 分别用手和冷水去改变热敏电阻的温度 用手时电阻值较小 用冷水时 电阻值较大 这说明了什么 甲乙 2 如图乙为实验测出的热敏电阻和金属热电阻的阻值 温度特性图线 由图线分析 热敏电阻 金属热电阻有什么不同 成功体验 四 霍尔元件自研教材1 组成 在一个很小的矩形半导体薄片上 制作四个电极e f m n 就成为一个霍尔元件 成功体验在电流通过磁场中的霍尔元件时 为什么在它的两个面之间会产生电压 提示 因为电流通过霍尔元件时 它内部的运动电荷 载流子 在磁场力的作用下 向垂直电流和磁场的方向漂移 从而在此方向上产生电压 要点一光敏电阻 热敏电阻的特性1 光敏电阻 1 光敏电阻的特性光敏电阻是利用半导体材料制成的 在被光照射时电阻发生变化 即随照射光强度的增加而减小 2 光敏电阻阻值变化的原因半导体材料受到的光照增强时 会有更多的电子获得能量成为自由电子 同时也形成更多的空穴 即载流子数增多 于是导电性明显地增强 电阻减小 2 热敏电阻 1 热敏电阻的特性热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻 正温度系数的热敏电阻随温度升高阻值增大 负温度系数的热敏电阻随温度升高阻值减小 2 热敏电阻阻值变化的原因对于负温度系数的热敏电阻 温度升高时 有更多的电子获得能量成为自由电子 同时空穴增多 即载流子数增多 于是导电性明显地增强 阻值减小 2013 山东实验中学高二检测 如图所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当照射光强度增大时 a 电压表的示数增大b r2中电流减小c 小灯泡的功率增大d 电路的路端电压增大 思路点拨 当照射光强度增大时 光敏电阻阻值发生变化 然后根据直流电路的动态分析方法进行判断 解析 光的强度是被测量 光敏电阻r3为光敏感元件 同时也是转换器件 当光强度增大时 r3阻值减小 外电路电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 同时内电压增大 故电路路端电压减小 而电压表的示数增大 a项正确 d项错误 由路端电压减小 而r1两端电压增大 可知r2两端电压必减小 则r2中电流减小 b项正确 结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大 则小灯泡的功率增大 c项正确 故选abc 答案 abc 规律总结 解决光敏电阻相关的问题 要分两步走 1 明确光敏电阻的阻值随光照如何变化 2 结合光敏电阻阻值的变化 利用闭合电路的欧姆定律等相关运算 解决光敏电阻对电路的影响问题 跟踪训练1在温控电路中 通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制 如图所示电路 r1为定值电阻 r2为半导体热敏电阻 温度越高电阻越小 c为电容器 当环境温度降低时 a 电容器c的带电量增大b 电压表的读数增大c 电容器c两板间的电场强度减小d r1消耗的功率增大 如图所示 电流i流过长方体金属块 金属块宽度为d 高为h 有一磁感应强度为b的匀强磁场 垂直于纸面向里 金属块单位体积内的自由电子数为n 试问金属块上 下表面哪面电势高 电势差是多少 答案 见解析 跟踪训练2如图所示 截面为矩形的金属导体 放在磁场中 当导体中通有电流时 导体的上 下表面的电势的关系为 a m nb m nc m nd 无法判断 解析 选a 霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用 做定向移动形成的 根据左手定则 电子受到向下的洛伦兹力作用 向n板运动 则m板剩下正电荷 所以 m n 故选a 要点三电容式传感器1 原理电容器的电容c取决于极板正对面积s 极板间距离d及极板间电介质这几个因素 如果某一物理量 如角度 位移x 深度h等 的变化能引起上述某一因素的变化 从而引起电容的变化 那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化 2 常见电容式传感器 如图所示是电容式话筒的示意图 它是利用电容制作的传感器 话筒的振动膜前面有薄薄的金属层 膜后距膜几十微米处有一金属板 振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极 在两极间加一电压u 人对着话筒说话时 振动膜前后振动 使电容发生变化 使声音信号被话筒转化为电信号 其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 a 距离变化b 正对面积变化c 介质变化d 电压变化 解析 平行板电容器的电容c rs d 本例中的介质没有变化 正对面积也没有变化 引起电容变化的因素是板间距离d 故选a 答案 a 规律总结 电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离 正对面积 电介质及引起它们改变的因素 如力 位移 压强 声音等 的关系 将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量 跟踪训练3 2013 四川南充高中高二检测 如图所示为一测定液面高低的传感器示意图 a为固定的导体芯 b为导体芯外面的一层绝缘物质 c为导电液体 把传感器接到图示电路中 已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同 如果发现指针正向右偏转 则导电液体深度h的变化为 a 正在增大b 正在减小c 不变d 无法确定 传感器在实际中的应用 范例 如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置 其中电源电压保持不变 r是滑动变阻器 它的金属滑片是金属杆的一端 在装置中使用了一只电压表 图中没有画出 通过观察电压表示数 可以了解油量情况 你认为电压表应该接在图中的 两点之间 按照你的