6.1传感器及工作原理.doc

沂水四中 2011 - 2012 学年度第二学期高二、物理 * 选修3-2* 讲案编写： 审核： 周次上课时间2012-3-21课型新授课课题第一节、传感器及工作原理学习目标1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术的意义.2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理.3. 了解传感器的常用元件的特性.学习重点光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理学习难点光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件的工作原理 教学过程课前预习1干簧管是一种_的传感器2传感器是一种能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_，或转换为_的一类元件3光敏电阻能够把_转换为_4热敏电阻或金属热电阻能够把_转换为_这个电学量5霍尔元件能够把_转换为_这个电学量问题探究一、传感器一、传感器的定义传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断.二、传感器的分类常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的. 根据人测量的量不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类.物理型传感器是利用被测物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等.化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化为电学量的敏感元件制成的.生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等.三、传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大等处，理后，再通过控制系统产生各种控制动作. 传感器原理如图6 - 1所示.【典例1】 许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是( )温度传感器光传感器声音传感器热传感器A B C D问题探究二、光敏电阻 一、光敏电阻的特性根据实验结果分析可得光敏电阻的特性：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小.二、光敏电阻被光照射时电阻变化的原因光敏电阻在被光照射时阻值发生变化，原因是：硫化镐等物质、是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好，随着照的增强，载流子增多，导电：性能变好.【典例2】如图 6 -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分别与光敏电阻R. 的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央. 若用不透光的黑纸将 R. 包裹起来，表针将向 (填“左”或“右”)转动；若用手电筒照射R., 表针将向 (填“左”或“右”)转动.问题探究三、热敏电阻和金属热电阻一、热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化而明显变化，温度升高，电阻减小，如图 6 - 6所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线.二、金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的金属丝也可以制作温度传感器，称为金属热电阻. 如图 6-7 所示为某金属热电阻的电阻值随温度变化的特性曲线.三、热敏电阻与金属热电阻的区别热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换成电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好.【典例3】某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在下图的实物图上连线 (2)实验的主要步骤：正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，_，_，断开开关；重复第步操作若干次，测得多组数据(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得Rt关系图线(如图所示)，请根据图线写出该热敏电阻的Rt关系式：R_t()(保留3位有效数字)问题探究四、霍尔元件一、霍尔元件如图 6 - 9 所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铜)簿片上，制作四个电极 E，F，M，N，就成为一个霍尔元件，霍尔元件.能够把蝉感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.二、霍尔电压说明：( 1)其中 k为比例系数，称为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关. (2)一个霍尔元的d，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.三、霍尔元件的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，在导体板的一侧聚集，导体板的另一侧会有等量另一种电荷，从而形成电场；横向电场对电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，设左右两侧的距离为l，导体板的厚度为 d，则,根据电流的微观解释，整理后得令，因 n为单位体积的带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以, 因此在控制 k，I，d为定值的情况下，UH 与 B成正比，这就是霍尔元件的原理.【典例4】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，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？(此题描述的是著名的霍尔效应现象)【变式4】如图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，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 ( )A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大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将发生变化疑难、不懂记录处:课后作业：1、进一步巩固本节知识 2、预习下一节学案第一节、 传感器及工作原理课后检测1关于干簧管，下列说法正确的是( )A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的2关于传感器的下列说法正确的是( )A所有传感器的材料都是由半导体材料做成的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以上说法都不正确3如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时导体在上下表面的电势有什么关系( )AMN BMNCMN D无法判断4如图所示，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( )AR1两端的电压增大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5街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )A压敏性 B光敏性 C热敏性 D三种特性都利用6利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工作的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是()A传送带运动的速度是 0.1m/s B送带运动的速度是0.2m/sC该传送带每小时输送3600个工件 D该传送带每小时输送7200个工件7有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )A改变湿度 B改变温度 C改变磁场 D改变电容8夜晚，楼梯上漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼梯灯亮了；我们登上一层楼，灯光照亮一层楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能“看见”我们的到来，能“听到”我们的离去，之所以能如此，是因为电路中安装了光声控延时开关，探究这种开关有什么转换器件9车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔