高中物理人教选修32课件第6章1传感器及其工作原理

1、成才之路 物理,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修3-2,传感器,第六章,第一节传感器及其工作原理,第六章,遥感卫星能在高空一览无遗地观测地貌植被；计算机的显示屏上能实时显示远隔千里的画面；机器人能替代人完成各种复杂的劳动。这些现代化设备，有的复杂庞大，有的简单精巧，但它们都需要一种装置传感器来获取信息。那么，什么是传感器？它为什么能获取信息，工作原理又是什么呢？这一节我们就来探究这些问题。,1定义 传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、 _、化学成分等_量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的_的元件。 2工作原理,传感器,温度、光、声,非电学,通断,

2、1特点 电阻值随光照增强而_。 2原理 光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能_；随着光照的增强，载流子_，导电性_。 3作用 光敏电阻能够把_这个光学量转换为_这个电学量。,光敏电阻,减小,不好,增多,变好,光照强弱,电阻,热敏电阻和金属热电阻,减小,增大,范围大,温度,电阻,1组成 在一个很小的矩形_薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件。 2原理,霍尔元件,半导体,洛伦兹力,垂直,E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在_作用下，向着与电流和磁场都_的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示),3霍尔电压 UH_，d为薄片厚

3、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。 4作用 霍尔元件能够把_这个磁学量转换为_这个电学量。,磁感应强度,电压,一、传感器的工作原理 1工作过程 2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。,3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。 4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。,A压敏性 B光敏性 C热敏性 D三特性都利用了 答案：B 解析：利用光照的不同改变半导体

4、元件的电阻率，实现光控制。,二、常见的传感器元器件 1光敏电阻 (1)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。 (2)光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。 光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，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，于是导电性能明显增强。,2热敏电阻和金属热电阻 (1)热敏电阻 用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，如图所示，为某一热敏电阻的“RT”特性曲线。,(2)热敏电阻的两种型号及其特性 热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(

5、PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。,(3)热敏电阻的用途 热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于： 利用温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补偿； 利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用； 利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面等。,(4)金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如上图中的为金属热电阻“RT”特性曲线。 相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。,A置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏

6、电阻 B置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻,C用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻 D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻 答案：AC 解析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。,3霍尔元件 (1)霍尔效应 如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体时，在导体的上侧面A与下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。,U与B成正比，这就是

7、为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。,A霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量 B霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电流这个电学量 C电流和磁场方向如图中所示，载流子是正电荷，M端的电势比N端的电势高 D电流和磁场方向如图中所示，载流子是电子，M端的电势比N端的电势高 答案：AD,解析：霍尔元件将磁感应强度转换为霍尔电压，故选项A正确，选项B错误；由左手定则可以判断出电荷所受的洛仑兹力指向N，如果载流子是正电荷，则N因聚集多余的正电荷而具有较高的电势，而当载流子是电子时，则N因聚集多余的电子而具有较低的电势，所以选项C错误，选项D正确。,4电容 原理：电容器的电容

8、C决定于极板正对面积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、位移s、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。,A甲图的传感器可以用来测量角度 B乙图的传感器可以用来测量液面的高度 C丙图的传感器可以用来测量压力 D丁图的传感器可以用来测量速度 答案：ABC,解析：甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质位置变化。所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量，故ABC正确。,热敏电阻的特性,解析：将刚

9、从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻，NTC热敏电阻是负温度系数的，降低温度，其电阻变大，表针向左偏转；将一杯热水靠近并接触热敏电阻，热敏电阻的温度升高，其电阻变小，指针将向右偏转。 答案：左右 点评：此类问题一定要弄清热敏电阻是负温度系数还是正温度系数的。另外金属热电阻都是正温度系数的。,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 答案：C,解析：R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错。,光敏电阻的特性及应用,

10、A当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 B当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 C信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,答案：BC,将光敏电阻R和定值电阻R0、电流表、电压表连成如下图所示电路，电源电压恒为9V不变。闭合开关，若电流表的示数增大，表明光强在_，电压表与电流表示数的比值将_。(选填“增大”、“减小”或“不变”)。,答案：增大，不变,霍尔元件和干簧管,A磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差 B只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化 C当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随

11、所加磁场方向的变化而变化 D在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大,解析：霍尔元件的工作原理是磁场对运动电荷会产生力的作用，但当电荷运动的方向与磁场方向平行时，就不会受到磁场力的作用，c、f两端就不会产生电势差，选项AB错误，选项C正确；当有磁场时，如果c、f两端产生电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大，选项D正确。 答案：CD,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,答案：CD 解析：干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以