高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32.ppt

1传感器及其工作原理 第六章传感器 1 知道什么是传感器 理解传感器的工作原理 2 掌握制作传感器的常用元件 光敏电阻 热敏电阻 金属热电阻 霍尔元件等的基本特性及工作原理 3 初步掌握各种常用元件的简单应用 目标定位 二 光敏电阻 三 热敏电阻和金属热电阻 栏目索引 一 传感器 对点检测自查自纠 四 霍尔元件 一 传感器 知识梳理 1 定义 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电压 电流等量 或转换为电路的 2 工作原理 答案 通断 非电学 电学 敏感元件 相当于人的感觉器官 是传感器的部分 是利用材料的某种敏感效应 如热敏 光敏 压敏 力敏 湿敏等 制成的 转换元件 是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成的电子元件 转换电路 将转换元件输出的不易测量的非电学量转换成易于测量的 量 如电压 电流 电阻等 答案 电学 核心 电信号 深度思考 传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用 答案传感器的作用是把非电学量 如光 声音 温度等 转化为电学量 如电压 电流等 尤其是将电学量与计算机技术结合 可以方便地实现信息的采集 处理 输出的自动化和智能化 所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用 答案 典例精析 例1传感器是把非电学量 如速度 温度 压力等 的变化转换成电学量的变化的一种元件 在自动控制中有着相当广泛的应用 有一种测量人的体重的电子秤 其测量部分的原理图如图1中的虚线框所示 它主要由压力传感器r 电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻 显示体重大小的仪表a 实质是理想的电流表 组成 图1 解析答案 1 该秤零起点 即踏板空载时 的刻度线应标在电流表刻度盘 a处 压力传感器表面能承受的最大压强为1 107pa 且已知压力传感器r的电阻与所受压力的关系如下表所示 设踏板和压杆的质量可以忽略不计 接通电源后 压力传感器两端的电压恒为4 8v 取g 10m s2 请回答 1 6 10 2 2 如果某人站在该秤踏板上 电流表刻度盘的示数为20ma 则这个人的体重是 kg 返回 解析答案 总结提升 50 返回 总结提升 传感器问题的分析思路不同类型的传感器 其工作原理一般不同 但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化 因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化 二 光敏电阻 答案 知识梳理 1 特点电阻值随光照增强而 2 原因分析光敏电阻由材料制成 无光照时 载流子极少 导电性能 随着光照的增强 载流子增多 导电性能 3 作用 把光照强弱这个光学量转换为这个电学量 电阻 减小 半导体 不好 变好 典例精析 例2如图2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 返回 解析答案 图2 解析当照射光强度增大时 r3阻值减小 外电路总电阻随r3的减小而减小 r1两端电压因干路电流增大而增大 电压表的示数增大 同时内电压增大 故电路路端电压减小 a项正确 d项错误 由路端电压减小 r1两端电压增大知 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 则小灯泡的功率增大 故c项正确 abc 三 热敏电阻和金属热电阻 知识梳理 答案 电阻 减小 增大 深度思考 热敏电阻是温度传感器中的重要元件 是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小 答案不是 正温度系数热敏电阻器 ptc 在温度升高时电阻值增大 负温度系数热敏电阻器 ntc 在温度升高时电阻值减小 答案 返回 解析答案 总结提升 典例精析 例3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3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3 总结提升 又由p1 i2r1可知 r1消耗的功率p1变小 d错误 答案ab 总结提升 返回 解决含有热敏电阻 光敏电阻的直流电路动态分析问题 明确热敏电阻 光敏电阻的电阻特性 解题思路 四 霍尔元件 知识梳理 1 构造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 2 原理e f间通入恒定的电流i 同时外加与薄片垂直的磁场b时 薄片中的载流子就在作用下 向着与电流和磁场都垂直的方向漂移 使m n间出现 如图4所示 3 作用霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为这个电学量 图4 电压 洛伦兹力 电压 答案 深度思考 如图4所示 霍尔元件中m n间的电压uh如何计算 在图中设e f间通入的电流恒为i 外加磁场为b 薄片厚度为d 单位体积内载流子数为n 单个载流子所带电荷量为q 答案该霍尔元件中的载流子受到磁场力作用发生偏转 造成半导体内部出现电场 载流子同时受到电场力作用 当磁场力与电场力平衡时 mn间电势差达到稳定 且有 答案 再根据电流的微观解释i nqsv s ld 返回 解析答案 总结提升 典例精析 例4如图5所示 有电流i流过长方体金属块 金属块宽为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 金属块单位体积内的自由电子数为n 问 金属块上 下表面哪面电势高 电势差是多少 图5 总结提升 返回 总结提升 霍尔电势高低的判断方法 由左手定则判断带电粒子的受力方向 如果带电粒子是正电荷 则拇指所指的面为高电势面 如果是负电荷 则拇指所指的面为低电势面 但无论是正电荷还是负电荷 四指指的都是电流方向 即正电荷定向移动的方向 负电荷定向移动的反方向 在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷 对点检测自查自纠 1 2 3 4 解析答案 1 对传感器的理解 用遥控器调换电视机频道的过程 实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程 下列属于这类传感器的是 a 红外报警装置b 走廊照明灯的声控开关c 自动洗衣机中的压力传感装置d 电饭煲中控制加热和保温的温控器 解析遥控器是利用红外线传输信号的 故a项正确 a 1 2 3 4 解析答案 2 光敏电阻的特性 如图6所示 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 闭合开关s后 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 图6 1 2 3 4 解析当滑动触头p向左移动时 使其电阻减小 则流过二极管的电流增大 从而发光增强 使光敏电阻r的阻值减小 通过灯泡l的电流增大 则l消耗的功率增大 a正确 b d错误 当滑动触头p向右移动时 可分析出l消耗的功率变小 c错误 答案a 1 2 3 4 解析答案 3 热敏电阻的特性 如图7所示 r1为定值电阻 r2为负温度系数的热敏电阻 l为小灯泡 当温度降低时 a r1两端的电压增大b 电流表的示数增大c 小灯泡的亮度变强d 小灯泡的亮度变弱 解析r2与灯泡l并联后与r1串联 与电源构成闭合电路 当热敏电阻r2温度降低时 它的电阻值增大 外电路电阻增大 电流表读数减小 灯泡l两端电压增大 灯泡亮度变强 r1两端电压减小 故c正确 其余各项均错 c 图7 1 2 3 4 返回 解析答案 4 霍尔元件原理分析及应用 多选 如图8所示是霍尔元件的工作原理示意图 如果用d表示薄片的厚度 k为霍尔系数 相对于一个霍尔元件d k为定值 如果保持电流i