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河南省沁阳市第一中学2013-2014学年高二物理 第六章传感器 第一节传感器及其工作原理导学案 新人教版选修3-2、【学习目标】1.知道常见传感器的工作原理;(重点)2.初步探究利用和设计简单的传感器;(难点)【知识链接】【学习过程】知识点一:什么是传感器问题1、感受传感技术在信息时代的作用和意义。(1)自动门,利用人体的红外微波来开关门、日光控制路灯的开关(2) 声音强弱控制走廊照明灯开关等、遥控器控制电视开关(3)烟雾报警器,利用烟敏电阻来测量烟雾浓度,从而达到报警目的(4)手机,数码相机的照相机,利用光学传感器来捕获图象(5)电子称,利用力学传感器(导体应变片技术)来测量物体对应变片的压力,从而达到测量重量目的(6)水位报警,温度报警,湿度报警,光学报警等都是(7)机器人:传感器在机器人中,是必不可少的元件。传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。有的传感器就像人的眼睛,可以感受到光的强弱,有的传感器则像人的皮肤,可以感受到温度的变化,有的传感器还能听到声音。传感器就是机器人的感觉器官,它能将外界信息转换成电信号,并传送给单片机进行加工处理。安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。问题2、演示实验(1)如图所示小盒a的侧面露出一个小灯泡,盒外没有开关,但是把磁铁b放到盒子上面,灯泡就会发光,把磁铁移走,灯泡熄灭。盒子里有什么样的装置,才能出现这样的现象?(2)干簧管的结构和原理是什么?问题3、传感器的概念。传感器是指这样一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等 量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等 量),或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后,就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。知识点二:光敏电阻问题4、光敏电阻的理解结构及组成电阻率和光强的关系功能导电机理问题5、光敏电阻实验(1)将一只光敏电阻接到多用表的两端,电表置于倍率为100的欧姆挡。在室内自然光的照射下,电阻值约为多大?用手掌遮光时电阻值又是多少?用阳光直接照射呢?(2)用多用表测量一只普通电阻器的电阻;然后小心地把电阻器表面的漆层除去一些,使里面的导电膜露出来接受光照,再用多用表测量其电阻值,比较两次测量结果。【例题1】知识点三:热敏电阻和金属热电阻问题6、热敏电阻和金属热电阻比较导电性能与温度的关系优缺点功能金属热电阻热敏电阻问题7、热敏电阻实验将多用电表调到电阻挡上(注意选择适当的倍率),将一只热敏电阻连接到多用表的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度,观察电阻值的变化情况。【例题1】在自动恒温箱中,某种半导体材料的电阻率与温度t的关系如图所示,已知这种材料具有发热和控温双重功能。通电前材料温度低于t1,通电后,电压保持不变,它的功率( )a.先增大后减小 b.先减小后增大c.达到某一湿度后功率不变 d.功率一直在变化当其产生的热量跟散失的热量相等时,温度保持在( )a.t1 b.t2 c.t1至t2间某值 d.大于t2的某值知识点四:霍尔元件问题8、霍尔现象复习如图所示,有电流i流过长方体金属块,金属块宽度为d,高为b,有一磁感应强度为b的匀强磁场垂直于纸面向里,单位体积内的自由电子数为n,试问:(1)如何用d、b、n表示电流i;(2)金属块上、下表面哪面电势高?电势差是多少? 问题9、请利用磁场和恒定电流的相关知识推导霍尔电压。问题10、霍尔元件能够把 物理量转换为电压这个电学量。问题11、霍尔元件实验 把霍尔元件相对的两个电极与限流电阻、电流计串联后接到干电池上。调整电阻使通入的电流约为10ma。将另一对电极接到数字式多用表的200mv直流电压挡上。将用词题的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面,即写有字符的表面,观察是否出现霍尔电压以及这个电压怎样变化。用另一个磁极取接近,又会看到什么现象?改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,再次观察这个电压的变化。知识点五:电容式位移传感器问题12、电容式位移传感器中如何测出电容的变化?【例题2】传感器是自动控制设备中不可缺少的元件,已经渗透宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各个领域。如图所示为几种电容式传感器,其中通过改变电容器两极间距离而引起电容变化的是( )【学习小结】 (温馨提示:结合学习目标进行小结)1、传感器:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等 量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等 量),或转换为电路的通断。2、随着光照强度的增加,光敏电阻的阻值 。3、随着温度的增加,热敏电阻的阻值 。4、霍尔元件中霍尔电压与电流、磁场的关系是: 。【当堂检测】 (温馨提示:以下各题可能有一个或多个选项正确)1关于光敏电阻,下列说法正确的是( )a光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量b硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子极少,导电性能不好c硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子较少,导电性能良好d半导体材料的硫化镉,随着光照的增强,载流子增多,导电性能变好2霍尔元件能转换哪两个量( )a把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 b把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量c把力转换为电压这个电学量 d把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量如图所示是测定位移的电容式传感器,其工作原理是哪个量的变化,造成其电容的变化( )a电介质进入极板的长度b两极板间距c两极板正对面积d极板所带电量如图所示,、为定值电阻,是小灯泡,为光敏电阻,当照射光强度增大时,( )a电压表的示数增大b中电流减小c小灯泡的功率增大d电路的路端电压增大5如图所示,是光敏电阻,当开关闭合后在没有光照射时,a、b两点等电势,当用光照射电阻时,则( )a的电阻变小,a点电势高于b点电势b的电阻变小,a点电势低于b点电势c的电阻变小,a点电势等于b点电势d的电阻变大,a点电势低于b点电势6有一电学元件,温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是( )a金属导体 b绝缘体 c半导体 d超导体7如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )a如果r为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显b如果r为金属热电阻,读数变小,且变化不明显c如果r为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显d如果r为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显8如图是霍尔元件的工作原理示意图,用d表示薄片的厚度,k为霍尔系数,对于一个霍尔元件d、k为定值,如果保持i恒定,则可以验证uh随b的变化情况。以下说法中正确的是( )a将永磁体的
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