高中物理 第三章 传感器 3.13.2 传感器 温度传感器和光传感器课件 教科版选修32.ppt

1传感器2温度传感器和光传感器 第三章传感器 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 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 传感器1 定义 把被测的非电信息 按一定规律转换成与之对应的的器件或装置 2 组成 一般由和组成 1 敏感元件 将要测量的变换成易于测量的物理量 形成 2 处理电路 将敏感元件输出的转换成便于显示 记录 处理和控制的 电信息 敏感元件 处理电路 非电信息 电信号 电信号 电学量 3 敏感元件的原理 1 物理类 基于力 热 光 电磁和声等 2 化学类 基于的原理 3 生物类 基于酶 抗体和激素等分子功能 物理效应 化学反应 识别 二 温度传感器1 分类 1 热双金属片温度传感器 2 热电阻传感器 3 热敏电阻传感器 ntc型 电阻值随温度升高而 ptc型 电阻值随温度升高而 2 作用将变化转换为电学量变化 通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量 减小 增大 温度 三 光传感器1 原理 某些金属或半导体材料 在电路中受到光照时 产生或 实现向电信号的转化 2 作用 感知的变化或的变换 使 机器 作出反应 电流 电压 光线 场景 光信号 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 传感器可以把非电学量转化为电学量 2 热敏电阻的阻值随温度的升高而增大 3 干簧管可以感知磁场 接入电路 相当于开关的作用 4 光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化 光照越强电阻越小 答案 2 如图1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 电流表的读数 填 变大 或 变小 小灯泡的亮度 填 变亮 或 变暗 答案 图1 变小 变亮 重点探究 导学探究 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 一 传感器 答案 答案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 知识深化 1 传感器的原理 非电学量 传感器 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量 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的 3 是如何显示或控制开关的 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 例1如图2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2 答案 解析 答案见解析 导学探究 如图3所示 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻rt 温度升高 电阻减小 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 表针将如何偏转 若用吹风机将热风吹向热敏电阻 表针将如何偏转 二 温度传感器 图3 答案 答案由于酒精蒸发 热敏电阻rt温度降低 电阻值增大 表针将向左偏 用吹风机将热风吹向热敏电阻 热敏电阻rt温度升高 电阻值减小 表针将向右偏 知识深化 1 温度传感器的作用 将温度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 双金属片变形 可控制电路的通断 应用 日光灯启动器 电机 电冰箱保护等 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 r0 1 t 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 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变化 应用 测温 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增大 负温度系数的热敏电阻 ntc 它的电阻随温度的升高而减小 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4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 答案 解析 图4 解析当环境温度降低时 r2变大 电路的总电阻变大 由i 知i变小 又u e ir 电压表的读数u增大 b正确 又由p1 i2r1可知 r1消耗的功率p1变小 d错误 电容器两板间的电压u2 u u1 u1 ir1 可知u1变小 u2变大 由场强e q cu2可知 q e 都增大 故a正确 c错误 导学探究 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 三 光传感器 图5 答案 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 例3 多选 如图6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6 答案 解析 解析当入射光强度增大时 r3阻值减小 外电路总电阻减小 由闭合电路欧姆定律知 干路电流增大 r1两端电压增大 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 或光照强度 的增加是增大还是减小 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 解析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 1 对传感器的理解 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 答案 解析 1 2 3 解析滑动触头p左移 滑动变阻器接入电路的电阻减小 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 2 光敏电阻的特性 如图7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 r和l中间用挡板 未画出 隔开 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 答案 解析 1 2 3 图7 解析如果r为金属热电阻 则读数变大 但不会非常明显 故a b均错 如果r为热敏电阻 读数变化非常明显 故c对 d错 3 热敏电阻的特性 如