高中物理 3.3 传感器的应用课件 粤教版选修32.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 三 四 一 生活中的传感器电饭煲 电冰箱 空调机等与温度控制相关的家用电器都要用到温度传感器 自动门 家电遥控器 非接触红外测温仪以及防盗 防火报警器 均使用了红外线传感器 另外还有照相机中的光敏传感器 家用便携式电子秤的压力传感器等 目标导航 预习导引 一 二 三 四 二 农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器 自动化温室种植中 温室的自动控温就是在传感器的帮助下实现的 现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器 目标导航 预习导引 一 二 三 四 三 工业生产中的传感器生产安全中 如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中 随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患 在自动控制系统中 如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器 如光栅传感器 对位移测量 从而实现精密加工 目标导航 预习导引 一 二 三 四 四 飞向太空的传感器飞机保持一定飞行高度 当飞机高度变化时 大气数据计算机自动发出与给定高度的差值信号 并通过自动驾驶仪操纵升降舵 使飞机恢复给定高度 在运载火箭 载人飞船中 应用了传感器供遥测和遥控系统使用 对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器 如测量血压 心电图 体温等 试列举传感器在生活中的应用 答案 温度传感器 用于冰箱 空调的自动温度控制 压力传感器 用于电子秤等 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 一 常用的几种传感器1 电容式位移传感器它利用运动物体附带的电介质板在电容器内部插入的多少来改变电容器的电容 从而把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量 再通过电容的变化引起电压变化 2 霍尔元件 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 如图所示 厚度为d的金属板放在垂直于它的磁感应强度为b的匀强磁场中 当恒定电流i通过金属板时 金属板的左右侧面出现电势差 这种现象称为霍尔效应 要是在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上制作四个电极e f m n 就成为一个霍尔元件 霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力 在导体板的一侧聚集 在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷 从而形成横向电场 横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力 当静电力与洛伦兹力达到平衡时 导体板左右两侧会形成稳定的电压 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 3 双金属片温度传感器把两种热膨胀系数不同的金属片贴合在一起 制成一条双金属片 当温度发生变化时 因为两种金属片受热的量不一样而发生弯曲 使电路的开关完成闭合或断开的动作 在日光灯启动器和电熨斗中都有这种双金属片温度传感器 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 例1 如图甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线 图乙为用此热敏电阻r和继电器做成的温控电路 设继电器的线圈电阻为rx 50 当继电器线圈中的电流大于或等于ic ic 20ma 时 继电器的衔铁被吸合 左侧电源电动势为6v 内阻可不计 试问温度满足什么条件时 电路右侧的小灯泡会发光 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 答案 50 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 双选 如图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 对于一个霍尔元件 d k为定值 如果保持电流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 导学号51130050 a 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时 uh将变小b 在测定地球两极的磁场强弱时 霍尔元件的工作面应保持水平c 在测定地球赤道上的磁场强弱时 霍尔元件的工作面应保持水平d 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角 uh将发生变化 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 答案 bd 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 二 传感器的应用1 温度传感器的应用 电饭锅电饭锅中的控温元件是感温铁氧体 它是由氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 其特点是常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 温度达到约103 失去铁磁性 该温度称为 居里温度 或 居里克 电饭锅的结构如图所示 开始煮饭时 用手压下开关按钮 永磁体与感温磁体相吸 手松开后 按钮不再恢复到图示状态 则触点接通 电热板通电加热 水沸腾后 由于锅内保持100 不变 故感温磁体仍与永磁体相吸 继续加热 直到饭熟后 水分被大米吸收 锅底温度升高 当温度升至 居里点 时 感温磁体失去铁磁性 在弹簧作用下 永磁体被弹开 触点分离 切断电源 从而停止加热 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 如果用电饭锅烧水 在水沸腾后因为水温保持在100 故不能自动断电 只有水烧干后 温度升高到103 才能自动断电 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 2 声传感器的应用 话筒话筒的作用是把声信号转换为电信号 电容式话筒的原理如图所示 q是绝缘支架 薄金属膜m和固定电极n形成一个电容器 被直流电源充电 当声波使膜片振动时 电容发生变化 电路中形成变化的电流 于是电阻r两端就输出了与声音变化规律相同的电压 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 例2 多选 关于电饭锅的说法 正确的是 a 电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁b 铁氧体在常温下具有铁磁性 温度很高时失去铁磁性c 用电饭锅烧水 水开时能自动断电d 用电饭锅煮饭时 若温控开关自动断电后 它不能自动复位解析 电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体 它是由氧化锰 氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 其特点是常温下具有铁磁性 能够被磁体吸引 温度达到约103 就失去铁磁性 水沸腾后 由于锅内保持100 不变 故感温磁体仍与永磁体相吸 继续加热 直到饭熟后 水分被大米吸收 锅底温度升高 当温度升至103 时 感温铁氧体失去铁磁性 在弹簧作用下 永磁体被弹开 触点分离 它不能自动复位 切断电源 从而停止加热 答案 bd 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 多选 关于话筒 下列说法正确的是 a 无论动圈式话筒 电容式话筒 还是驻极体话筒 作用都相同 都将声波这个力学量转换成了电压或电流这个电学量b 电容式话筒和驻极体话筒的原理相同 都是声波的变化引起电容变化 进而引起输出电压的变化c 动圈式话筒利用通电线圈在磁场中受安培力振动实现声向电的转化d 因为驻极体话筒价格便宜 灵敏度高 会场大都使用驻极体话筒 一 二 知识精要 典题例解 迁移应用 答案 ab解析 动圈式话筒利用金属薄膜的振动带动线圈在磁场中运动 从而产生感应电流 故选项c错误 虽然驻极体话筒价格便宜 灵敏度高 但是驻极体话筒的功率太小 而且保真度较差 所以会场一般不使用驻极体话筒 选项d错误 知识链接 案例探究 规律方法 霍尔元件1 霍尔元件如图所示 在一个很小的矩形半导体 例如砷化铟 薄片上 制作四个电极e f m n 它就成为一个霍尔元件 霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 2 霍尔电压 1 其中d为薄片的厚度 k为霍尔系数 其大小与薄片的材料有关 2 一个霍尔元件的厚度d 霍尔系数k为定值 再保持i恒定 则uh的变化就与b成正比 因此霍尔元件又称磁敏元件 知识链接 案例探究 3 霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力 在导体板的一侧聚集 在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷 从而形成横向电场 横向电场对载流子施加于洛伦兹力方向相反的静电力 当静电力与洛伦兹力达到平衡时 导体板左右两侧会形成稳定的电压 设图中mn方向长度为l2 则q qvb 根据电流的微观解释 i nqsv 知识链接 案例探究 1 如图甲所示 将霍尔元件的bd端与多用电表的最灵敏端相连 由于霍尔电压很小 把它直接加在电流表两端 通过测量电流的变化 就可以知道电压的变化 也可用数字多用电表直接测量霍尔电压 电源e 6 12v 与可变电阻r 470 串联后连到霍尔元件的ac端 用以输入控制电流 r的滑动端置于中间位置 将条形磁铁的磁极靠近霍尔元件h 观察多用电表指针读数的变化 知识链接 案例探究 保持霍尔元件h与条形磁铁磁极的相对位置不变 改变r的大小 再观察多用电表指针读数的变化 由此得出 霍尔电压与有关 乙 2 使用这个简易检测装置 检测图乙收音机扬声器附近的磁场分布情况 检测的结果是 3 怎样用霍尔元件制成的磁场检测器来粗略检测磁场中某处磁感线的方向 说出你的判断依据 知识链接 案例探究 解析 1 因为