1、第1節(jié)傳感器及其工作原理, 學(xué)習(xí)目標定位 1知道什么是傳感器，理解非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的意義 2通過實驗理解敏感元件的工作原理 3了解傳感器在生活中的應(yīng)用,課前預(yù)習(xí) 自主學(xué)習(xí),基礎(chǔ)知識梳理,一、傳感器 1定義 能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等物理量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個物理量(通常是 、 等電學(xué)量)，或轉(zhuǎn)換為電路的 的一類元件 2作用 把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為 量，就可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制了,電壓,電流,通斷,電學(xué),3工作過程,二、傳感器的分類 1光敏電阻 光敏電阻是一種電阻值隨入射光的 而改變的電阻器 2熱敏電阻和金屬熱電阻 (1)熱敏電阻 利

2、用 變化使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化的特性制成的電子元件 (2)金屬熱電阻 根據(jù)金屬的電阻率隨溫度的升高而 ，利用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻,強弱,溫度,增大,(3)熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把 這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個電學(xué)量,溫度,電阻,3霍爾元件 霍爾元件是利用制成的新型磁敏元件霍爾傳感器是由霍爾元件、放大器、溫度補償電路及穩(wěn)壓電路構(gòu)成的 4電容式傳感器 電容式傳感器是能夠把物體這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量的電子元件,霍爾效應(yīng),位移,知識精講 易錯辨析,教材要點解讀,要點一光敏電阻,光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量,(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為

3、小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時() A電壓表的示數(shù)增大 BR2中電流減小 C小燈泡的功率增大 D電路的路端電壓增大 【分析】R3的變化R并變化R總變化I總變化U端變化各電流、電壓的變化,例 1,【解析】當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項正確 【答案】ABC,【方法總結(jié)】 (1)光敏電阻的阻值隨光照

4、強度的增加而減小 (2)光敏電阻阻值的變化可以引起電路中其他物理量的變化，通過分析電路解決問題,如圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動；若用手電筒光照射Rt，表針將向_(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動,變式訓(xùn)練 1-1,解析：光敏電阻受光照越強，電阻越小，所以將Rt用不透光的黑紙包起來，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏 答案：左右,要點二熱敏電阻和金屬熱電阻,按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫

5、度系數(shù)的熱敏電阻，正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大，負溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小,(多選)如圖是測試熱敏電阻R的實驗電路圖，滑動變阻器已調(diào)節(jié)到某一適當?shù)闹祵嶒炛杏^察到當溫度升高時燈更亮對實驗現(xiàn)象分析正確的有() A溫度升高，電路中的電流減小 B溫度升高，電路中的電流增大 C溫度升高，熱敏電阻的阻值增大 D溫度升高，熱敏電阻的阻值減小,例 2,【解析】熱敏電阻隨溫度的升高，電阻值變小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，溫度升高，電路中的電流增大，A、C選項錯誤，B、D選項正確 【答案】BD,【方法總結(jié)】 (1)熱敏電阻其阻值隨溫度的變化而變化，有的隨溫度的升高而增大(PTC元件)有的隨溫

6、度的升高而減小(NTC元件) (2)溫度變化引起電阻阻值變化，從而改變電路中的電流或電壓,如圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻隨溫度變化的曲線，用該熱敏電阻和繼電器做成溫控電路(如圖乙所示) (1)簡要分析溫控電路的工作過程：_.,變式訓(xùn)練 2-1,(2)設(shè)繼電器的線圈電阻為50 ，繼電器線圈中的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸合，左側(cè)電源的電動勢為6 V，內(nèi)阻可以不計，試問溫度滿足什么條件時，右側(cè)的小燈泡會發(fā)光？ 解析：(1)溫度升高，熱敏電阻的阻值變小，繼電器線圈中的電流增加溫度升高到一臨界值t0時，繼電器線圈中的電流將達到或超過繼電器的工作電流值，繼電器將吸合，右側(cè)電路接通，小燈

7、泡發(fā)光；當溫度低于t0時，繼電器線圈中的電流小于工作電流，右側(cè)電路斷開，小燈泡不亮,答案：見解析,1構(gòu)造：如圖所示，在一個很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上，制作四個電極E、F、M、N，它就成為一個霍爾元件霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 2霍爾效應(yīng)的原理 外部磁場使運動的載流子受到洛倫茲力，在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的另一種電荷，從而形成橫向電場；,要點三霍爾元件,4霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測試和研究中例如，用霍爾效應(yīng)可以確定一種半導(dǎo)體材料是電子型還是空穴型半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度受溫度、雜質(zhì)以及其他因素的影響很大，因此霍爾效應(yīng)為

8、研究半導(dǎo)體載流子濃度的變化提供了重要的方法 利用霍爾效應(yīng)做成的霍爾元件有很多方面的用途例如，測量磁場，測量直流和交流電路中的電流和功率，轉(zhuǎn)換信號(如把直流轉(zhuǎn)換成交流并對它進行調(diào)制，放大直流或交流信號等),(2017北京模擬)電動自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉(zhuǎn)動右把手實現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲開啟電源時，在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，已知電壓與車速關(guān)系如圖丙以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是(),例 3,A為提高

9、控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極 B按圖甲順時針轉(zhuǎn)動電動車的右把手，車速將變快 C圖乙中從霍爾器件的左右側(cè)面輸出控制車速的霍爾電壓 D若霍爾器件的上下面之間所加電壓正負極性對調(diào)，將影響車速控制 【解析】根據(jù)霍爾元件的工作原理可知，在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，當永久磁鐵的上下端分別為N、S極時，磁場與電子的移動方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，霍爾器件不能輸出控制車速的電勢差，A選項錯誤；,當按圖甲順時針轉(zhuǎn)動把手，導(dǎo)致霍爾器件周圍的磁場增加，那么霍爾器件輸出控制車速的電勢差增大，因此車速變快，B選項正確；永久磁鐵的N、S極可能在左、右側(cè)面，或在前、后表面，因此從

10、霍爾器件輸出控制車速的電勢差，不一定在霍爾器件的左、右側(cè)面，也可能在前、后表面，C選項錯誤；當霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負極性對調(diào)，從霍爾器件輸出控制車速的電勢差正負號相反，但由圖丙可知，不會影響車速控制，D選項錯誤 【答案】B,【方法總結(jié)】 解決磁電轉(zhuǎn)換問題的基本思路： (1)明確磁場方向 (2)明確載流子的電性及運動方向 (3)據(jù)左手定則判斷載流子偏轉(zhuǎn)方向 (4)求極板間的電壓和確定極板的正負 (5)據(jù)閉合電路的歐姆定律求解,變式訓(xùn)練 3-1,(1)若該半導(dǎo)體材料是空穴(可視為帶正電粒子)導(dǎo)電，電流與磁場方向如圖甲所示，該同學(xué)用電壓表測量UH時，應(yīng)將電壓表的“”接線柱與_(選填“M”

11、或“N”)端通過導(dǎo)線相連 (2)該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，使半導(dǎo)體薄片中的電流反向再次測量，取兩個方向測量的平均值，可以減小霍爾系數(shù)的測量誤差，為此該同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的測量電路，S1、S2均為單刀雙擲開關(guān)，虛線框內(nèi)為半導(dǎo)體薄片(未畫出)為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S1擲向_(選填“a”或“b”)，S2擲向_(選填“c”或“d”),(3)已知薄片厚度d0.40 mm，該同學(xué)保持磁感應(yīng)強度B0.10 T不變，改變電流I的大小，測量相應(yīng)的UH值，記錄數(shù)據(jù)如表所示. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出UHI圖線，請利用圖線求出該材料的霍爾系數(shù)為_103 VmA1T1.(保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)正電荷在磁場中

12、運動受到洛倫茲力作用，根據(jù)左手定則可知，正電荷向M端偏轉(zhuǎn)，應(yīng)將電壓表的“”接線柱與M端通過導(dǎo)線相連,(2)為使電流從Q端流入，P端流出，應(yīng)將S1擲向b，S2擲向c. (3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出UHI圖線，如圖所示：,答案：(1)M(2)bc(3)見解析1.5(1.41.6),1原理 電容器的電容C取決于極板正對面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個因素，如果某一物理量(如角度、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化,要點四電容式傳感器,2常見電容式傳感器,如圖所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，該電路中右側(cè)固定不動的金

13、屬板b，與能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接，若聲源S沿水平方向做有規(guī)律的振動，則() Aa振動過程中，ab板間的電場強度不變 Ba振動過程中，ab板所帶電量不變 Ca振動過程中，靈敏電流計中始終有方向不變的電流 Da向右的位移最大時，ab兩板所構(gòu)成的電容器的電容最大,例 4,【答案】D,(多選)傳感器是自動控制設(shè)備中不可缺少的元件，已經(jīng)滲透到宇宙開發(fā)、環(huán)境保護、交通運輸以及家庭生活等各種領(lǐng)域，下圖所示為幾種電容式傳感器，其中通過改變電容器兩極間正對面積而引起電容變化的是(),變式訓(xùn)練 4-1,解析：圖A中通過轉(zhuǎn)動動片來改變正對面積，改變電容，A選項正

14、確；圖B中是通過加入電介質(zhì)來改變電容的，B選項錯誤；C圖中是通過導(dǎo)電液體深度的變化來改變正對面積，改變電容的，C選項正確；D圖中是通過壓力的變化來改變極板間距來改變電容的，D選項錯誤 答案：AC,知識反饋 自查自評,課堂鞏固訓(xùn)練,1(多選)常用的測溫儀器使用的元件可以是() A金屬熱電阻B紅外線敏感元件 C光敏電阻 D發(fā)光二極管 解析：金屬熱電阻或熱敏電阻把溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，A選項正確；一切物體不斷的輻射紅外線，溫度越高，輻射的紅外線越強，紅外線敏感元件可以感溫測溫，B選項正確；光敏電阻光照時，電阻變化，與溫度無關(guān)，C選項錯誤；發(fā)光二極管通電發(fā)光，與溫度無關(guān)，D選項錯誤 答案：AB,2(多

15、選)(2017西安區(qū)期中)在某次發(fā)射科學(xué)實驗衛(wèi)星“雙星”中，放置了一種磁強計，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強度磁強計的原理如圖所示(背面)，電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面是寬為a、高為b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e.金屬導(dǎo)電過程中，自由電子做定向移動可視為勻速運動測出金屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間的電勢差為U.則下列說法正確的是(),答案：BC,3傳感器是把非電學(xué)量(如高度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，它在自動控制中有著廣泛的應(yīng)用如圖是一種測定液面高度的電容式傳感器的示意圖金屬棒與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個電容器，將金屬棒和導(dǎo)電液體分別與直流電源的兩極相連接，從電容C和導(dǎo)電液與金屬棒間的電壓U的變化就能反映液面的升降情況，即 電源接通后，電容C減小，反映h減小 電源接通后，電容C減小，反映h增大 電源接通再斷開后，電壓U減小，反映h減小 電源接通再斷開后，電壓U減小，反映h增大 以上判斷正確的是(),A B C D,答案：B,4光敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，受到光照射時，其導(dǎo)電性能顯著增強將其與電磁繼電器組合，就可用來自動控制街道路燈的開與關(guān)圖中所示是自動控制路燈的工作原理圖，當光照暗到一定程度時，路燈能點亮電阻R1、R2之一為光敏電阻，另一為定值電阻當放大