物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）5-2认识传感器 课件

传感器第五章传感器本章讲述传感器的相关知识．随着科技的发展和社会的进步，传感器的应用已经越来越普及．事实上，在我们的身边就大量地使用着各种各样的传感器．例如，电视机、空调的遥控器装置中使用着光学传感器；唱卡拉OK时使用的话筒是一种将声音信号转换成电信号的传感器；电饭锅、电熨斗、电冰箱中使用着温度传感器等等．新知探究知识点认识传感器传感器传感器是能够感受诸如力、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成为电压、电流等电学量，或转换成为电路通断的元件．1新知探究知识点认识传感器传感器的工作流程和传感器组成1新知探究知识点认识传感器(2)传感器的组成①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．②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．③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．1新知探究知识点认识传感器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，而它的输出通常是电学量，这些输出信息是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制作用．1新知探究知识点认识传感器传感器的分类物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、电场、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力电传感器等．1新知探究知识点认识传感器传感器的分类化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换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制成的，用以检测或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、免疫传感器等等．1新知探究知识点常见传感器光敏电阻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．2新知探究知识点常见传感器热敏电阻和金属热电阻2新知探究电阻项目热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度的升高而减小电阻率随温度的升高而增大R­T图象制作材料半导体金属导电原理自由电子和空穴等载流子自由电子的定向移动优点灵敏度较好化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量知识点常见传感器特别提醒2新知探究按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小．知识点常见传感器【例题1】(多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻。当照射光强度增大时()A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大点拨:R3的变化→R并变化→R总变化→I总变化→U端变化→各电流、电压的变化。2新知探究知识点常见传感器解析:当光照强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,而电压表的示数增大,A项正确,D项错误;由路端电压减小,而R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B项正确;结合干路电流增大可知流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,C项正确。答案:ABC2新知探究知识点常见传感器题后反思熟知光敏电阻与热敏电阻的特性是解决此类问题的关键,即光敏电阻的阻值随光照的增强而减小;热敏电阻的阻值随温度的升高,负温度系数的电阻减小、正温度系数的电阻增大。触类旁通若将例题1中的光敏电阻R3换为负温度系数的热敏电阻,那么温度升高时,电压表的示数、小灯泡的功率如何变化?答案:增大增大2新知探究知识点常见传感器电阻应变片是一种使用非常广泛的力敏原件。2新知探究知识点常见传感器电容式传感器1．原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．2新知探究知识点常见传感器电容式传感器2.常见电容式传感器2新知探究名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ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θ的变化情况．测定液面高度h的电容式传感器在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，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，液面高度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．知识点常见传感器电容式传感器2新知探究名称传感器原理测定压力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.知识点常见传感器霍尔元件1．构造：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新知探究知识点常见传感器霍尔元件2．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，2新知探究知识点常见传感器霍尔元件2新知探究知识点常见传感器霍尔元件2新知探究知识点常见传感器4．霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中．例如，用霍尔效应可以确定一种半导体材料是电子型还是空穴型．半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法．利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途．例如，测量磁场，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号(如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等)．2新知探究知识点常见传感器【例题2】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,导体的上下表面的电势有什么关系()A.UM>UNB.UM=UNC.UM<UN D.无法判断点拨:首先明确是哪种电性的电荷定向移动形成电流,然后根据左手定则判断电荷所受洛伦兹力的方向,进而判断出导体上、下表面电势的高低。2新知探究知识点常见传感器解析:霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的,根据左手定则,电子受到向下的洛伦兹力作用,向N板运动,所以UM>UN。答案:A题后反思金属导体中能够自由移动的是电子,电子带负电。在霍尔现象中负电荷向某一方向定向移动与正电荷向相反方向定向移动不等效。2新知探究1．如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大课堂训练【解析】当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大．【答案】ABC课堂训练【方法总结】(1)光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小．(2)光敏电阻阻值的变化可以引起电路中其他物理量的变化，通过分析电路解决问题．课堂训练2．如图所示，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Rt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Rt包裹起来，表针将向________(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向________(选填“左”或“右”)转动．课堂训练解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光照射Rt，电阻减小，指针右偏．答案：左右课堂训练3．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，下列描述正确的是()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱课堂训练课堂训练【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，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．故选C.【答案】C课堂训练【方法总结】(1)热敏电阻其阻值随温度的变化而变化，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)．(2)温度变化引起电阻阻值变化，从而改变电路中的电流或电压．4．如图甲为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用该热敏