高中物理 第六章 传感器 6.1 传感器及其工作原理1学案新人教版选修3-2

1、6.1 传感器及其工作原理【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、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用一、什么是传感器问题设计如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭图1盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？要点提炼1干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个 制成的簧片图2作用：在电路中起到开关的作用，它是一种能够 的传感器2传感器定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等 ，并能把它们按照一定的

2、规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等 )，或转换为电路的 的元件3非电学量转换为电学量的意义：把 转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和 4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)是如何显示或控制开关的二、光敏电阻问题设计在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是什么？图3要点提炼1光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电

3、极，这样就制成了一个光敏电阻2原理：无光照时， 极少，导电性能 ；随着 的增强，载流子 ，导电性变好3特点：光照越强，电阻越 4作用：把 这个光学量转换为 这个电学量三、热敏电阻和金属热电阻问题设计如图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(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图4要点提炼1热敏电阻：用电阻随温度变化非常明显的 材料如(氧化锰)制成按热敏电阻阻值随温度变化的规律，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(1)

4、正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻 (2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻 2金属热电阻：金属的电阻率随温度 而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成 传感器，称为热电阻3热敏电阻和金属热电阻都能够把 这个热学量转换为 这个电学量金属热电阻的 稳定性好，测温范围 ，但 较差四、霍尔元件问题设计如图5所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则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移动，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH.试推导其表达式图5要点提炼1组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N

5、，就成为一个霍尔元件2原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在 的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现 霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受 和 二力平衡3作用：霍尔电压UHk(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)其中 与 成正比，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为 这个电学量4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一、对传感器的认识例

6、1 如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置图6其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端(1)若把一只电压表接在c、d之间当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(选填“增大”或“减小”)(2)将电压表接在b、c之间，当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(选填“增大”或“减小”)二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例2 如图7所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图7A电压表的示数增大 BR2中电流减小C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大三、对霍尔元件的认识及应用例3 如图8所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的

7、厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持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(工作面是指较大的平面)( )图8A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，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改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化传感器及其工作原理1(对传感器的认识)关于传感器，下列说法正确的是 ( )A所有传感器都是由半导体材料制成的B金属材料也可以制成传感器C传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D水银温度计是一种传感器2.(对光敏电阻、热敏电阻的认识

8、及电路分析)如图9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，RG为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(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( )图9A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3(对霍尔元件的认识及应用)如图10所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体的上、下表面的电势关系为( )图10AUMUN BUMUNCUMUN D无法判断题组一 对传感器的认识1传感器担负着信息采集的任务，它可以( )A将力学量(如形变量)转变成电学量B将热学量转变成电学

9、量C将光学量转变成电学量D将电学量转变成力学量2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3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ( )图1A距离变化 B正对面积变化C电介质变化 D电压变化题

10、组二 对光敏电阻的认识及电路分析4.如图2所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ( )图2A当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小B当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大C当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小D当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大5如图3所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )图3A严重污染时，LD

11、R是高电阻B轻度污染时，LDR是高电阻C无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响6.如图4所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势当用光照射电阻R3时，则( )图4Aa点电势高于b点电势Ba点电势低于b点电势Ca点电势等于b点电势Da点电势和b点电势的大小无法比较7.如图5所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断( )图5A B D不能确定题组三 对热敏电阻、金属热电阻的认识及电

12、路分析8.如图6所示是观察电阻R的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( )图6A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9.如图7所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )图7A变大 B变小C先变大后变小再不变 D先变小后变大再不变10如图8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( )图8AR1两端的电压增大 B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强 D小灯泡的亮度变弱题组四 对霍尔元件(效应)的认识及应用11.一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q1.61019 C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、