高中物理 第六章 傳感器 1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt

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自主學(xué)習(xí) 基礎(chǔ)知識(shí) 合作探究 重難疑點(diǎn) 解題技巧 素養(yǎng)培優(yōu) 1傳感器及其工作原理 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解什么是傳感器 感受傳感技術(shù)在信息時(shí)代的作用與意義 2 知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義 3 了解光敏電阻 熱敏電阻和霍爾元件的性能 知道其工作原理及作用 1 傳感器 1 定義 能夠感受諸如力 溫度 光 聲 化學(xué)成分等 并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓 電流等 或轉(zhuǎn)換為 的元件 2 非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義 把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 可以方便地進(jìn)行 傳輸 和 非電學(xué)量 電學(xué)量 電路的通斷 測(cè)量 處理 控制 2 光敏電阻 1 特點(diǎn) 光照越強(qiáng) 電阻 2 原因 無光照時(shí) 載流子極 導(dǎo)電性能 隨著光照的增強(qiáng) 載流子 導(dǎo)電性 3 作用 把 這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量 越小 少 不好 增多 變好 光照強(qiáng)弱 電阻 有一種電水壺為了防止燒干后引起事故 在水壺上安裝了傳感器 當(dāng)壺中的水減少到一定程度時(shí) 就會(huì)自動(dòng)斷電 這種水壺上安裝了什么樣的傳感器 提示 這種水壺上安裝了壓力傳感器 當(dāng)水壺中的水減少到一定程度時(shí) 壓力減小 壓力傳感器使電路斷開 起保護(hù)作用 1 傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷 2 干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 3 光敏電阻本身就是一種傳感器 減小 增大 半導(dǎo)體 金屬 溫度 電阻 熱敏電阻的阻值是否一定隨溫度的升高而減小 提示 不一定 有的隨溫度的升高而增大 PTC元件 有的隨溫度的升高而減小 NTC元件 1 熱敏電阻是用金屬鉑制成的 它對(duì)溫度的感知很靈敏 2 半導(dǎo)體制成的熱敏元件溫度升高時(shí)電阻大幅度變化 3 金屬熱電阻的溫度升高時(shí)電阻升高 1 構(gòu)造很小的矩形半導(dǎo)體薄片上 制作四個(gè)電極E F M N 正 3 作用把 這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量 磁感應(yīng)強(qiáng)度 電壓 如圖6 1 2所示為矩形金屬薄片 水平放入豎直向下的磁場中 當(dāng)電流的方向如圖所示時(shí) 試分析N M兩側(cè)面電勢(shì)的高低 圖6 1 2 提示 對(duì)于金屬薄片 真正參與導(dǎo)電的是電子 當(dāng)通如題圖所示的電流時(shí) 電子沿電流的反方向移動(dòng) 因此受到的洛倫茲力指向N N側(cè)面聚集負(fù)電荷 電勢(shì)較低 M側(cè)面帶正電荷 電勢(shì)較高 即 M N 預(yù)習(xí)完成后 請(qǐng)把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中 學(xué)生分組探究一傳感器的工作原理及分類第1步探究 分層設(shè)問 破解疑難1 傳感器是起什么作用的元件 提示 傳感器是一種將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件 2 夜晚 樓道里漆黑一片 但隨著我們的腳步聲響 樓道的燈亮了 身后的燈則依次熄滅 這其中的奧妙是什么 提示 在電路中安裝了一種能將聲 光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器 聲光延時(shí)開關(guān) 第2步結(jié)論 自我總結(jié) 素能培養(yǎng)1 傳感器的工作原理敏感元件 相當(dāng)于人的感覺器宮 直接感受被測(cè)量并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量成一定關(guān)系的易于測(cè)量的物理量 2 光敏電阻 熱敏電阻 霍爾元件特性成因?qū)Ρ?第3步例證 典例印證 思維深化如圖6 1 3所示為某一熱敏電阻 電阻值隨溫度的改變而改變 且對(duì)溫度很敏感 的I Ut關(guān)系曲線圖 將該熱敏電阻連入如圖6 1 4所示電路中 電源電壓恒為9V 電流表讀數(shù)為70mA 定值電阻R1 250 由熱敏電阻的I Ut關(guān)系曲線可知 熱敏電阻兩端的電壓為 V 電阻R2的阻值為 圖6 1 4 思路點(diǎn)撥 I U圖線中 圖線的斜率表示電阻的倒數(shù) 從圖甲可看出 該圖線的斜率逐漸增大 故可知其阻值隨著溫度升高而減小 答案 5 3108 8 第4步巧練 精選習(xí)題 落實(shí)強(qiáng)化1 2014 日照高二檢測(cè) 如圖6 1 5所示 由電源 小燈泡 金屬電阻絲 開關(guān)組成的電路中 當(dāng)閉合開關(guān)S后 小燈泡正常發(fā)光 若用酒精燈加熱電阻絲時(shí) 發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗 發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是 圖6 1 5 A 小燈泡的電阻發(fā)生了變化B 小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C 電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D 電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 解析 溫度升高 金屬電阻絲電阻率增大 電阻增大 電路中電流減小 燈泡亮度減弱 答案 C 2 2014 揚(yáng)州中學(xué)高二檢測(cè) 如圖6 1 6所示 R1為定值電阻 R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 L為小燈泡 當(dāng)溫度降低時(shí) 下列描述正確的是 A R1兩端的電壓增大B 電流表的示數(shù)增大C 小燈泡的亮度變強(qiáng)圖6 1 6D 小燈泡的亮度變?nèi)?解析 R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián) 與電源構(gòu)成閉合電路 當(dāng)溫度降低時(shí) 電阻R2增大 外電路電阻增大 電路中電流減小 外電路電壓增大 電流表讀數(shù)減小 R1兩端電壓減小 燈L電壓增大 燈泡亮度變強(qiáng) 故C正確 其余各項(xiàng)均錯(cuò) 答案 C 學(xué)生分組探究二電容式傳感器第1步探究 分層設(shè)問 破解疑難1 平行板電容器的電容與哪些因素有關(guān) 2 電容式傳感器是如何實(shí)現(xiàn)將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為便于測(cè)量的電學(xué)量的 提示 極板正對(duì)面積及兩極板間距離的變化 電介質(zhì)插入極板間深度的變化 會(huì)引起電容器電容的變化 通過測(cè)定電容的變化就可以得出引起電容變化的非電學(xué)量的變化規(guī)律 第2步結(jié)論 自我總結(jié) 素能培養(yǎng)常見電容式傳感器 第3步例證 典例印證 思維深化傳感器是一種采集信息的重要器件 如圖6 1 7是由電容器作為傳感器來測(cè)定壓力變化的電路 當(dāng)待測(cè)壓力作用于膜片電極上時(shí) 下列說法中正確的是 若F向下壓膜片電極 電路中有從a到b的電流 若F向下壓膜片電極 電路中有從b到a的電流 若F向下壓膜片電極 電路中不會(huì)有電流產(chǎn)生 若電流表有示數(shù) 說明壓力F發(fā)生變化 若電流表有示數(shù) 說明壓力F不會(huì)發(fā)生變化 A B C D 電容器電容C變大 根據(jù)Q CU知 極板帶電量將增大 電容器充電 電路中有從b到a的電流 說法 正確 若電流表有示數(shù) 說明電容器有充放電 極板帶電量發(fā)生變化 根據(jù)Q CU知 電容器電容C發(fā)生變化 從而判斷出作用在可動(dòng)膜片電極上的壓力F發(fā)生變化 說法 正確 故A項(xiàng)正確 答案 A 電容式傳感器可以將非電學(xué)量 如 介質(zhì)的變化 距離的變化 正對(duì)面積的變化 轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 根據(jù)這一原理 利用電容式傳感器也可以測(cè)定距離 面積等物理量 如果板間距離的變化是由壓力引起的 那么也可以利用電容式傳感器測(cè)壓力 電容式傳感器實(shí)際上是一個(gè)多功能傳感器 可用來做壓力 轉(zhuǎn)角 位移 壓強(qiáng) 聲音等傳感器 電容式傳感器具有體積小 反應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn) 第4步巧練 精選習(xí)題 落實(shí)強(qiáng)化1 如圖6 1 8所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器 將平行板電容器 靈敏電流表 零刻度在中間 和電源串聯(lián)成閉合回路 當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí) 膜片發(fā)生形變 引起電容的變化 導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn) 在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線位置推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中 靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為 電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏 A 向右偏到某一刻度后回到零刻度B 向左偏到某一刻度后回到零刻度C 向右偏到某一刻度后不動(dòng)D 向左偏到某一刻度后不動(dòng) 2 如圖6 1 9所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器 a b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接 聲源S做位移x Asin 100 t 的振動(dòng) 則 A a振動(dòng)過程中 a b板間的電場強(qiáng)度不變B a振動(dòng)過程中 a b板所帶電荷量不變C a振動(dòng)過程中 靈敏電流表中始終有方向不變的電流 D a向右的位移最大時(shí) a b板所構(gòu)成的電容器的電容最大 傳感器問題中的電路動(dòng)態(tài)分析技巧分析該類問題時(shí) 關(guān)鍵要做到以下四點(diǎn) 1 如果涉及光敏電阻 必須明確光照情況怎樣變化 從而判斷出其阻值的變化 2 如果涉及熱敏電阻 必須明確是正溫度系數(shù)還是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻及溫度變化情況 從而判斷其阻值的變化 3 如果是其他元件引起的電路變化可具體問題具體分析 4 結(jié)合電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及局部阻值的變化 根據(jù)閉合電路的歐姆定律等規(guī)律分析有關(guān)物理量的變化 多選 2014 宿遷高二檢測(cè) 如圖6 1 10所示 R1 R2為定值電阻 L為小燈泡 R3為光敏電阻 當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí) A 電壓表的示數(shù)增大B R2中電流強(qiáng)度增大C 小燈泡的功率增大D 電源的路端電壓降低圖6 1 10 先看名師指津 1 掌握熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律和光敏電阻的阻值隨光強(qiáng)的變化規(guī)律是解決這類問題的前提 2 掌握動(dòng)態(tài)直流電路問題的分析程序是解決此類問題的關(guān)鍵 具體如下 1 先阻后流 即先分析內(nèi)電阻變化 然后根據(jù)閉合電路歐姆定律分析干路電流變化情況 2 先內(nèi)后外 即先分析內(nèi)電壓變化 再分析外電壓變化 3 先干后支 即先分析干路再分析并聯(lián)支路 4 先定后變 即先分析定值電阻上的電流 電壓變化 再分析電阻發(fā)生變化的敏感元件上的電流與電壓 再演練應(yīng)用 2014 珠海檢測(cè) 如圖6 1 11是一火災(zāi)報(bào)警裝置的一部分電路示意圖 圖6 1 11其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器 它的電阻隨溫度升高而減小 a b接報(bào)警器 當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí) 電流表的電流I和a b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比 A I變大 U變大B I變小 U變小C I變小 U變大D I變大 U變小 解析 當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí) 溫度升高 R2電阻減小 電路的總電阻減小 總電流I增大 路端電壓Uab E Ir減小 I r R1 增大 U并 E I r R1 減小 通過R3的電流I3減小 通過R2的電流I2 I I3增大 D項(xiàng)對(duì) 答案 D