高中物理 3.1+2 传感器 温度传感器和光传感器同步备课课件 教科版选修32.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 了解传感器的概念 结构及各部分的作用 2 通过实验感知半导体热敏电阻的特性 3 了解温度与光传感器常用的敏感元件及其在生活 生产中的应用 1传感器 2温度传感器和光传感器 课标解读1 知道非电学量转换成电学量的技术意义 通过实验知道常见传感器的工作原理 2 了解干簧管的构造及作用 教学地位本节知识属于 了解 水平 在高考中出现的频度较小 对于传感器的工作原理 及敏感元件的特性 有可能与其他知识相结合出现在选择题或实验题中 新课导入建议人们能通过眼睛 耳朵 鼻子 口和肌肤 接收外部世界的光线 声音 气味 温度等信息 并将这些信息传输给大脑 以作出正确的处理和判断 是否有些仪器像人的眼睛 耳朵 鼻子 口和肌肤一样 能够接收外部世界的光线 声音 气味 温度等信息 并采取一定的方式把这些信息储存或显示或处理 这是我们这节课主要探究和学习的内容 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 同学之间可进行讨论 教学流程设计 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 可多提问几个学生 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 除例1外可再变换命题角度 补充一个例题以拓展学生思路 步骤4 教师通过例题讲解总结敏感元件的作用和传感器的工作原理 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究2 方式同完成探究1相同 步骤7 完成 探究3 重在讲解规律方法技巧 步骤8 指导学生完成 当堂双基达标 验证学习情况 步骤9 先由学生自己总结本节的主要知识 教师点评 安排学生课下完成 课时作业 演示结束 1 基本知识 传感器 2 敏感元件的原理和应用实例 原理 大多数传感器是通过敏感元件把 转变为电学量 或转化为电路的 从而实现方便的显示 记录 处理和控制 应用实例 半导体热敏电阻 具有电阻随温度 的特性 可以实现对温度的测量 常用于温度传感器 干簧管 感知 的敏感元件 常用于 控制开关 非电学量 控制开关 灵敏变化 磁场 磁场 2 思考判断 1 干簧管是一种磁传感器 2 传感器担负着采集信息的任务 3 传感器是力 温度 光 声 化学成分转换为电信号的主要工具 3 探究交流街旁的路灯 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可以制成自动点亮 熄灭的装置 从而实现自动控制 想一下 这是利用了半导体的什么性质呢 提示 利用了半导体敏感元件的光敏特性 1 基本知识 1 温度传感器 概念 温度传感器是把 转换为电信号的传感器 几种常用的温度传感器 热双金属片温度传感器a 敏感元件 两种 相差较大的金属片焊接或轧制成的热双金属片 温度传感器和光传感器 温度 热膨胀系数 b 工作原理 温度升高时 由于两面金属膨胀程度 双金属片就会变形 因此 可作为温度的敏感元件 利用了热双金属片对温度的感知表现为 的特性 热电阻传感器a 敏感元件 用金属丝制作的 电阻 又叫热电阻 b 热电阻阻值与温度t的关系r r0为t 0 时导体电阻 为温度系数 不同 热双金属片 形变 感温 r0 1 t 热敏电阻传感器a 敏感元件 热敏电阻 b 热敏电阻的分类一种是随温度升高而电阻 的热敏电阻 用ntc符号表示 另一类随温度升高而电阻 的热敏电阻 用ptc符号表示 c 特点及用途热敏电阻对温度变化的响应 常用于 温度 或 半导体 减小 增大 很敏感 测温 控制 过热保护 3 光传感器 概念光传感器是利用光敏电阻把 这个光学量转换为 这个电学量 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而 应用 光电式转速器等都是利用了光电传感器来工作的 光强 电阻 减小 火灾报警器 两种实用的光传感器a 光电式烟尘浓度计 靠监测 来工作 b 光电式转速表光源发出的光经 会聚成平行光束照到被测旋转物体上 被 反射回来 再经 聚焦落到 上 产生与转速对应的 信号 经信号处理电路处理后 显示出转速 烟尘浓度 透镜 反光纸 透镜 光敏二极管 电脉冲 2 思考判断 1 温度传感器的敏感元件一定是热敏电阻 2 光敏电阻可以将电信号转化为光信号 3 双金属片热保护器是一种温度传感器 3 探究交流如何根据电阻的变化反映光或温度的变化 提示 当光或温度发生变化时连接在电路中的光敏电阻或热敏电阻的阻值发生变化 通过它的电流或加在它上面的电压就发生变化 从而可通过电压表或电流表反映出来 即电压或电流的变化表示光或温度的变化 问题导思 1 传感器由哪几部分组成 2 传感器是如何工作的 3 传感器可分为哪几类 对传感器的认识 1 传感器的工作流程和传感器组成 1 传感器的工作流程 2 传感器的组成 敏感元件 相当于人的感觉器官 是传感器的核心部分 是利用材料的某种敏感效应 如热敏 光敏 压敏 力敏 湿敏等 制成的 转换元件 是传感器中能将敏感元件输出的 与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件 转换电路 是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量 如电压 电流 电阻等 2 传感器的原理传感器感受的通常是非电学量 如力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而输出的通常是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出的信号是非常微弱的 通常需要经过放大后 再传送给控制系统产生各种控制动作 3 分类 1 按传感器所测量物理量分为 位移 力 速度 温度 流量 气体成分等传感器 2 按传感器工作原理分为 电阻 电容 电感 电压 霍尔 光电 热电偶等传感器 3 按传感器输出信号性质分 输出为开关量 1 或 0 或 开 和 关 的开关型传感器 输出为模似信号的模拟型传感器 输出为脉冲或代码的数字型传感器 全面了解汽车的运行状态 速度 水箱温度 油量 是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一 为模仿汽车油表原理 自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置 如图3 1 1所示 其中路端电压保持不变 r是滑动变阻器 它的金属滑片是金属杆的一端 r 为定值电阻且r r 小阳同学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 你认为电压表应该接在图中的 两点之间 按照你的接法请回答 当油箱中油量减少时 电压表的示数将 填 增大 或 减少 审题指导 审题时应注意以下问题 1 滑动变阻器r的连接方式如何 2 注意路端电压保持不变和r r这两个条件 图3 1 1 解析 由题图可知当油箱内液面高度变化时 r的金属滑片将会移动 从而引起r两端电压的变化 且当r r时 ur ir可视为ur与r成正比 所以电压表应接在b c之间 当油量减少时 电压表示数将增大 答案 b c增大 电学量具有便于控制 放大 衰减 波形整理 显示 可储存 远距离传输等技术方面的优点 尤其是将电学量与计算机技术结合 可以方便地实现信息的采集 处理 输出的自动化和智能化 所以现代信息技术与自动控制中常将非电学量转化成电学量进行信息收集 1 关于传感器工作的一般流程 下列说法中正确的是 a 非电学量 敏感元件 转换电路 电学量 转换元件b 电学量 敏感元件 转换电路 转换元件 非电学量c 非电学量 敏感元件 转换元件 转换电路 电学量d 非电学量 转换电路 转换元件 敏感元件 电学量 答案 c 问题导思 1 光传感器和温度传感器有何不同 2 为什么光敏电阻光越强 电阻值越小 3 半导体热敏电阻有哪两类 各有什么特性 光传感器和温度传感器 1 光电传感器和温度传感器的不同 2 光敏电阻特性成因分析当光敏电阻受到光照射时 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 于是导电性明显地增强 电阻减小 3 热敏电阻的种类及特性曲线常见的有两种类型 图中3 1 2甲为ptc型 乙为ntc型 ptc型为正温度系数热敏电阻 ntc型为负温度系数热敏电阻 图3 1 2 2012 南京高二期末 如图3 1 3所示电路中 电源电动势为e 内阻为r rt为负温度系数热敏电阻 r为光敏电阻 闭合开关后 小灯泡l正常发光 由于环境条件改变 光照或温度 发现小灯泡亮度变暗 则引起小灯泡变暗的原因可能是 a 温度不变 光照增强b 温度升高 光照不变c 温度降低 光照增强d 温度升高 光照减弱 图3 1 3 审题指导 审题时应注意以下问题 1 rt为负温度系数的热敏电阻 r为光敏电阻 2 分析灯泡l的亮度变化要根据闭合电路欧姆定律 解析 由题图可知 当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时 小灯泡l都会变暗 结合光敏电阻特性可知 a正确 b错误 若光敏电阻阻值减小的同时 热敏电阻的阻值增大 小灯泡l变暗 c正确 若热敏电阻减小 光敏电阻增大 则小灯泡变亮 d错误 答案 ac 2 如图3 1 4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的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中间 若往rt上擦一些酒精 表针将向 填 左 或 右 移动 若用电吹风机将热风吹向电阻 表针将向 填 左 或 右 移动 图3 1 4 解析 若往rt上擦一些酒精 由于酒精蒸发吸热 热敏电阻rt温度降低 电阻值增大 所以指针应向左偏 用电吹风机将热风吹向电阻 电阻rt温度升高 电阻值减小 所以指针向右偏 答案 左右 用图3 1 5甲所示电路测量电流表的内阻 闭合电键s 当变阻器的滑片滑至c处时 电流表和电压表的读数分别为40ma 9v 已知图甲中热敏电阻的i u关系图线如图乙所示 则电流表的内阻为 a 0 14 b 85 c 140 d 225 综合解题方略 传感器电路分析 甲乙图3 1 5 答案 b 常见敏感电阻问题的处理方法常见的敏感电阻有热敏电阻 光敏电阻 磁敏电阻 压敏电阻等 对于这些敏感电阻 经常与电学实验相联系进行考查 考查的方式一般是把传统的电学实验原理及方法 放到研究敏感电阻特性的背景中进行考查 解答此题需要把握以下三点 1 明确各敏感电阻的特性明确这些敏感电阻随所处环境的温度 光照 磁场 压力等的变化而灵敏变化的情况 能从各自的特性曲线上了解或求得所需要的信息 2 明确所考查电学实验的原理及方法 这是解题的关键 3 将敏感电阻的特性与电学实验的原理方法相结合 运用所学的电学规律 如欧姆定律等 或力学规律 如牛顿运动定律等 解题 备选例题 1 传感器是一种采集信息的重要器件 如图教3 1 1所示为测定压力的电容式传感器 将电容器 灵敏电流计 零刻度在中间 和电源串联成闭合回路 当压力f作用于可动电极的膜片上时 膜片产生形变 引起电容的变化 导致灵敏电流计指针偏转 在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定的这段时间 灵敏电流计指针的偏转情况为 电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏 a 灵敏电流计指针向右偏b 灵敏电流计指针向左偏c 灵敏电流计指针不动d 不能判断灵敏电流计指针向哪边偏 审题指导 审题时应注意以下问题 1 f的作用使电容器两极板间的距离减小 2 电容器始终与电源相连接 其两端的电压不变 图教3 1 1 答案 a 2 2012 广元高二期末 传感器是把非电学物理量 如位移 压力 流量 声强等 转换成电学量的一种元件 如图教3 1 2所示为一种电容传感器 电路可将声音信号转化为电信号 电路中a b构成一个电容器 b是固定不动的金属板 a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜 若声源s发出频率恒定的声波使a振动 则a在振动过程中 a a b板之间的电场强度不变b a b板所带的电荷量不变c 电路中始终有方向不变的电流d 向右位移最大时 电容器的电容最大 图教3 1 2 答案 d 备课资源 教师用书独具 轿车上的传感器汽车传感器将有关汽车运行的变化量传递到有关的仪表或者控制器 在汽车上起到了 耳目 的作用 1970年以前 一般汽车上只有油压 水温 油量三种传感器 分别监测发动机的润滑压力 冷却水温度和燃油箱的储量 从70年代开始 伴随着汽车电子化的发展 汽车性能的提高和人们对环境保护意识的加强 传感器在现代汽车上的应用范围和使用数目也不断增加 目前轿车上的传感器已经广布全车 从发动机到变速器 从转向到安全气囊 从制动到悬架 从照明到空调都已经有了传感器的踪影 据统计 现在中级的轿车已有传感器20个左右 高级的轿车已达80个以上 而且呈不断增加的趋势 目前汽车传感器有两大类 一类是使驾驶者直接了解汽车各部分状态的仪表传感器 另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器 前一种早就有了 后一种是现代汽车电子技术的发展产物 控制传感器也是一种转换器 它将物理量或者化学量等信号转换成一种计算机能够理解的电信号 传感器是控制系统的关键部件 如果没有各种传感器 计算机根本无法工作 汽车电子化也就无从谈起 例如现代轿车的电子燃油喷射发动机上 都安装有进气温度传感器 真空传感器等多种传感器 它们各得其位 分别安置在进气管道 节流阀 分电器轴等位置上 监测进气温度 压力 流量以及发动机转速 将这些信号变成电信号传递给计算机 又称中央控制器 ecu 它将信号和储存在固定存储器中的信号进行比较 计算出当前状况下最佳的点火时刻及最佳的喷油量 从而输出脉冲电流去控制操纵有关元件 目前轿车上的传感器所监测信号的范围越来越大 已从过去单纯监测车内物理变化到现在监测车内外的物理变化和化学变化 包括环境温度的变化 驾驶者的身体及精神变化 车辆的位置变化等 传感器是电子控制系统的 探头 传感器用得越多 车上的电子化越全面 轿车的自动控制程度也就越高 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 解析 干簧管是一个磁场自动控制的电路开关 故选项c d正确 答案 cd 2 关于传感器的作用 下列说法中正确的有 a 通常的传感器可以直接用来进行自动控制b 传感器可以用来采集信息c 传感器可以将感受到的一些信号转换为力学量d 传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量 解析 通常的传感器输出的电学信号非常微弱 要经过放大 再送给控制系统产生各种控制动作 a错 传感器通过采集力 温度 光 声 磁场 化学成分等信息 按一定规律转换为电压 电流 电阻等电学量或电路的通断 传感器并不能将所有非电学信号都转换为电学量 故b正确 c