鲁科版选修32 常见传感器的工作原理 第1课时 学案.docx

5.2常见传感器的工作原理学习目标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.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用传感器和光敏电阻1传感器(1)定义：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的元件(2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制2光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻越小(2)原因：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？ 【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用1传感器一定是把非电学量转换为电路的通断()2干簧管是作为电控元件以实现自动控制的()3光敏电阻本身就是一种传感器()热敏电阻和金属热电阻热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度升高而减小电阻率随温度升高而增大制作材料半导体金属优点灵敏度好化学稳定性好，测量范围大作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？【提示】不一定，有的随温度的升高而增大(ptc元件)，有的随温度的升高而减小(ntc元件)1热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏()2半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化()3金属热电阻的温度升高时电阻升高()霍尔元件1构造很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极e、f、m、n.2霍尔电压如图611，e、f间通入恒定电流i，同时外加与薄片垂直的磁场b，则m、n间出现霍尔电压uh，uhkd为薄片厚度，k为霍尔系数一个霍尔元件的d、k为定值，若保持i恒定，则uh的变化就与b成正比图6113作用把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量图612如图612所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析n、m两侧面电势的高低【提示】对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向n，n侧面聚集负电荷，电势较低，m侧面带正电荷，电势较高，即mn.1霍尔电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力平衡()2在uhk中，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关()3霍尔元件可以感知磁感应强度()预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一传感器的工作原理及分类第1步探究分层设问，破解疑难1传感器是起什么作用的元件？【提示】传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件2夜晚，楼道里漆黑一片但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭这其中的奥妙是什么？【提示】在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器声光延时开关第2步结论自我总结，素能培养1传感器的工作原理敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量2光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比元件产生变化的原因光敏电阻半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小热敏电阻对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小霍尔元件霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场b时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在另两极上形成电压第3步例证典例印证，思维深化如图613所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的iut关系曲线图图613将该热敏电阻连入如图614所示电路中，电源电压恒为9 v，电流表读数为70 ma，定值电阻r1250 .由热敏电阻的iut关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_v；电阻r2的阻值为_.图614【思路点拨】iu图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小【解析】电阻r1两端的电压为9 v，电阻r1250 ，故流过r1的电流i1 a0.036 a，所以流过热敏电阻的电流ii0i10.07 a0.036 a0.034 a由热敏电阻的iut关系图线可知当i0.034 a34 ma时，ut5.3 v，所以r2 108.8 .【答案】5.3108.8第4步巧练精选习题，落实强化1图615如图615所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关s后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是()a小灯泡的电阻发生了变化b小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化c电阻丝的电阻率随温度发生了变化d电源的电压随温度发生了变化【解析】温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱【答案】c2(2014扬州中学高二检测)如图616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，下列描述正确的是()图616ar1两端的电压增大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l并联后与r1串联，与电源构成闭合电路当温度降低时，电阻r2增大，外电路电阻增大，电路中电流减小，外电路电压增大，电流表读数减小，r1两端电压减小，灯l电压增大，灯泡亮度变强，故c正确，其余各项均错【答案】c学生分组探究二电容式传感器第1步探究分层设问，破解疑难1平行板电容器的电容与哪些因素有关？【提示】由c知平行板电容器的电容与r、s成正比，与d成反比2电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？【提示】极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律第2步结论自我总结，素能培养常见电容式传感器名称传感器原理测定角度的电容式传感器当动片与定片之间的角度发生变化时，引起极板正对面积s的变化，使电容c发生变化知道c的变化，就可以知道的变化情况测定液体深度h的电容式传感器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容c发生变化知道c的变化，就可以知道h的变化情况测定压力f的电容式传感器待测压力f作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容c的变化知道c的变化，就可以知道f的变化情况测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容c发生变化知道c的变化，就可以知道x的变化情况第3步例证典例印证，思维深化图617传感器是一种采集信息的重要器件，如图617是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是 ()若f向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；若f向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；若f向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；若电流表有示数，说明压力f发生变化；若电流表有示数，说明压力f不会发生变化a b c d【思路点拨】根据c和c【解析】在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压u不变，当f向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由c知，电容器电容c变大，根据qcu知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据qcu知，电容器电容c发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力f发生变化，说法正确故a项正