高中物理 第6章 第1讲 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32.ppt

第六章传感器 第一讲传感器及其工作原理 目标定位 传感器及其工作原理 预习导学 一 电学量 通断 二 减小 半导体 不好 变好 电阻 三 减小 增大 电阻 四 洛伦兹力 电压 电压 想一想m n间的电压如何计算 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 单位体积内自由电荷数为n 单个带电粒子带电量为q 传感器及其工作原理 课堂讲义 一 对传感器的正确理解 1 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量 如压力 温度 位移 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 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 是如何显示的或如何控制开关的 传感器及其工作原理 课堂讲义 例1关于传感器 下列说法正确的是 a 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的b 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的c 传感器是将非电学量转变为电学量的装置d 以上说法都不正确 传感器及其工作原理 课堂讲义 二 常见的传感器 1 光敏电阻 1 特点 阻值随光照强度的增大而减小 2 机理 光敏电阻一般由半导体材料做成 当半导体材料受到光照而温度升高时 会有更多的电子获得能量成为自由电子 同时也形成更多的空穴 导电性能变好 电阻变小 2 热敏电阻 1 特点 热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关 温度变化 阻值有明显变化 2 分类 由半导体材料制成 其导电性能对温度的变化很敏感 热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类 正温度系数热敏电阻 负温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻 正温度系数的热敏材料 ptc 它的电阻随温度上升而增加 负温度系数的热敏材料 ntc 它的电阻随温度的上升而下降 临界温度系数的热敏材料 ctc 它的电阻在很小的温度范围 临界 内急剧下降 传感器及其工作原理 课堂讲义 二 常见的传感器 3 金属热电阻 特点 电阻率随温度的升高而增大 金属电阻随温度的升高而增加 4 霍尔元件 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 传感器及其工作原理 课堂讲义 例22007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家 以表彰他们发现 巨磁电阻效应 基于巨磁电阻效应的开发用于读取硬盘数据的技术 被认为是纳米技术的第一次真正应用 在下列有关其他电阻应用的说法中 错误的是 a 热敏电阻可应用于温度测控装置中b 光敏电阻是一种光电传感器c 电阻丝可应用于电热设备中d 金属热电阻随温度升高而减小 传感器及其工作原理 课堂讲义 例3在信息技术高速发展 电子计算机广泛应用的今天 担负着信息采集任务的传感器在自动控制 信息处理技术中发挥着越来越重要的作用 其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件 某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中 安装好如图所示装置 向杯内加入冷水 温度计的示数为20 多用电表选择适当的倍率 读出热敏电阻的阻值r1 然后向杯内加入热水 温度计的示数为60 发现多用电表的指针偏转角度较大 则下列说法正确的是 a 应选用电流挡 温度升高换用大量程测量b 应选用电流挡 温度升高换用小量程测量c 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率大的挡d 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率小的挡 没电源不能用电流挡 传感器及其工作原理 课堂讲义 例4如图所示 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 左手定则 传感器及其工作原理 对点练习 对传感器的理解 1 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 遥控器是利用红外线传输信号的 传感器及其工作原理 对点练习 光敏电阻的特性 2 如图所示 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 传感器及其工作原理 对点练习 热敏电阻的特性 3 如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图 现在把杯中的水由冷水变为热水 关于欧姆表的读数变化情况正确的是 a 如果r为金属热电阻 读数变大 且变化非常明显b 如果r为金属热电阻 读数变小 且变化不明显c 如果r为热敏电阻 用半导体材料制作 读数变化非常明显d 如果r为热敏电阻 用半导体材料制作 读数变化不明显 温度升高后 电阻将明显变化 温度升高后 电阻变大 但不明显 传感器及其工作原理 对点练习 霍尔元件原理分析及应用 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 相对于一个霍尔元件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