高中物理 第3章 传感器 1 传感器 2 温度传感器和光传感器同步备课课件 教科版选修32.ppt

第三章传感器 1传感器2温度传感器和光传感器 学习目标1 了解什么是传感器 感受传感技术在信息时代的作用与意义 2 了解热敏电阻 敏感元件的特性 3 了解几种温度传感器及光传感器的原理 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 传感器 当你走进一座大楼时 大堂的自动门是如何 看到 你而自动打开的 人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机 实现自动开关门 答案 传感器的定义及结构 1 传感器通常是把被测量的非电信息 按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置 2 结构 多选 传感器担负着信息采集的任务 它可以a 将力学量 如形变量 转变成电学量b 将热学量转变成电学量c 将光学量转变成电学量d 将电学量转变成力学量 答案 解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的物理量 一般是电学量 的一类元件 故选项a b c对 d错 二 敏感元件的原理 1 如图1所示 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中央 若在rt上擦一些酒精 表针将如何摆动 若用吹风机将热风吹向电阻 表针将如何摆动 答案 由于酒精蒸发 热敏电阻rt温度降低 电阻值增大 指针应向左偏 用吹风机将热风吹向电阻 电阻rt温度升高 电阻值减小 指针将向右偏 图1 2 干簧管的结构如图2所示 它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片 接入图3电路 当磁铁靠近干簧管时 1 会发生什么现象 为什么 答案 灯泡会亮 因为当磁铁靠近干簧管时 两个簧片被磁化而接通 图2 图3 2 干簧管的作用是什么 答案 干簧管起到开关的作用 是一种能够感知磁场的传感器 1 热敏电阻 用材料制成 它具有电阻随灵敏变化的特性 可以实现对温度的测量 2 干簧管 是能感知的敏感元件 其玻璃管内的两个铁磁体簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁 当磁力大于簧片的弹力时 两者紧密地接触 干簧管串联在电路中就成为一个由控制的开关 半导体 温度 磁场 磁场 判断下列说法的正误 1 热敏电阻的阻值随温度的升高而增大 2 热敏电阻传感器可以将温度这个热学量的测量转变为电学量的测量 3 干簧管可以感知磁场 接入电路 相当于开关的作用 三 温度传感器 如图4所示为电熨斗的构造 其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属 常温下 电熨斗的上 下触点应当是接触的还是分离的 当温度过高时双金属片将怎样起作用 答案 常温时 电熨斗的上 下触点接触 这样电熨斗接通电源后能进行加热 当温度过高时双金属片膨胀 因上层的热膨胀系数较大 故上层膨胀的厉害 双金属片向下弯曲 弯曲到一定程度后 两触点分离 电路断开 电热丝停止加热 当温度降低后 双金属片恢复原状 重新接通电路加热 图4 1 温度传感器的作用 将的变化转换为电学量的变化 2 常见的温度传感器 1 热双金属片温度传感器 原理 两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体 温度升高时 双金属片 可控制电路的通断 应用 日光灯启动器 电机 电冰箱保护等 温度 变形 2 热电阻传感器 原理 用金属丝制作的感温电阻叫热电阻 当外界温度t发生变化时 其电阻值按r 的规律变化 为温度系数 r0为t 0 时导体的电阻 应用 测温度 测流量等 r0 1 t 3 热敏电阻传感器 原理 半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而 其热敏特性在上节已有探究 应用 测量 温度控制或过热保护等 分类 正温度系数的热敏电阻 ptc 它的电阻随温度升高而 负温度系数的热敏电阻 ntc 它的电阻随温度的升高而 变化 增大 减小 判断下列说法的正误 1 热敏电阻在温度升高时阻值变小 2 金属热电阻在温度升高时阻值变小 3 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 4 热敏电阻用半导体材料制作 所以没有金属热电阻的灵敏度高 四 光传感器 如图5所示为光电式烟尘浓度计的原理图 请阅读教材 然后简述其工作原理 答案 光源1发出的光线经半透半反镜3 分成两束强度相等的光线 一路光线直接到达光电转换电路7上 产生作为被测烟尘浓度的参比信号 另一路光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上 其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减 烟尘浓度越高 光线的衰减量越大 到达光电转换电路6的光就越弱 两路光线分别转换成电压信号u1 u2 如果u1 u2 说明被测的光路上没有烟尘 相反 如果u1 u2相差较大 说明烟尘较大 因此可用两者之比 算出被测烟尘的浓度 图5 1 光电传感器是指将信号转换为电信号的一类传感器 一般以光敏电阻为主要元件 因为光敏电阻电阻值随光照增强而 将光敏电阻连接到电路中时 光照改变就会引起电路中其他电学量的改变 从而将光信号转换为电信号 2 应用 光电式计 光电式转速表 烟尘浓度 减小 光 判断下列说法的正误 1 光敏电阻的阻值随光线的强弱变化 光照越强电阻越小 2 有光照在光敏电阻上 电阻上的自由电子会发生定向移动 3 光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化 不能感知自然光的变化 2 题型探究 一 传感器的理解 1 传感器的原理 2 在分析传感器时要明确 1 核心元件是什么 2 是怎样将非电学量转化为电学量 3 是如何显示或控制开关的 例1如图6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 若将电压表分别接在b c之间与c d之间 当油量变化时 电压表的示数如何变化 图6 答案 解析 见解析 把电压表接在b c之间 油量增加时 r减小 电压表的示数减小 油量减少时 r增大 电压表的示数增大 把电压表接在c d之间 油量增加时 r减小 电路中电流增大 则r 两端的电压增大 电压表的示数增大 同理 油量减少时 电压表的示数减小 二 对光敏电阻 热敏电阻的认识及应用 例2 多选 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7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的带电荷量增大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 图7 答案 解析 例3 多选 如图8所示 r1 r2为定值电阻 l为小灯泡 r3为光敏电阻 当入射光强度增大时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 图8 答案 解析 当入射光强度增大时 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 从而电压表的示数增大 同时内电压增大 故电路的路端电压减小 a项正确 d项错误 因路端电压减小 而r1两端电压增大 故r2两端电压必减小 则r2中电流减小 故b项正确 结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大 故小灯泡的功率增大 c项正确 含有热敏电阻 光敏电阻电路的动态分析步骤 1 明确热敏电阻 或光敏电阻 的阻值随温度 或光线强弱 是增大还是减小 2 分析整个回路的电阻的增减 电流的增减 3 分析部分电路的电压 电流如何变化 达标检测 3 1 关于传感器 下列说法正确的是a 所有传感器都是由半导体材料制成的b 金属材料也可以制成传感器c 传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的d 水银温度计是一种传感器 大多数传感器是由半导体材料制成的 某些金属也可以制成传感器 如金属热电阻 故a错 b对 传感器将非电学量转换为电学量 因此传感器感知的应该是 非电信号 故c错 水银温度计能感受热学量 但不能把热学量转化为电学量 因此不是传感器 故d错 答案 解析 1 2 3 2 如图9所示的电路中 电源两端的电压恒定 l为小灯泡 r为光敏电阻 led为发光二极管 电流越大 发出的光越强 且r与led间距不变 下列说法中正确的是a 当滑动触头p向左移动时 l消耗的功率增大b 当滑动触头p向左移动时 l消耗的功率减小c 当滑动触头p向右移动时 l消耗的功率可能不变d 无论怎样移动滑动触头p l消耗的功率都不变 滑动触头p左移 其电阻减小 流过二极管的电流增大 从而发光增强 使光敏电阻r减小 最终达到增大流过灯泡的电流的效果 答案 解析 图9 1 2 3 3 多选 如图10所示是霍尔元件的示意图 一块通电的铜板放在磁场中 板面垂直于磁场 板内通有如图所示方向的电流 a b是铜板上 下边缘的两点 则a 电势 a bb 电势 b ac 电流增大时 a b 增大d 其他条件不变 将铜