《2017－2018学年高中物理 第三章 传感器 第1、2节 传感器 温度传感器和光传感器教学案 教科版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017－2018学年高中物理 第三章 传感器 第1、2节 传感器 温度传感器和光传感器教学案 教科版选修3-2（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1、2节 传感器_温度传感器和光传感器1.传感器通常是把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置。它一般由敏感元件和处理电路组成。2敏感元件是传感器的重要组成部分，它可以分为如下三类：物理类、化学类、生物类。3温度传感器有热双金属片温度传感器、金属热电阻传感器、热敏电阻传感器等。4光传感器是测量光信号的传感器，实现光信号向电信号的转化。 一、传感器1定义把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置。2组成一般由敏感元件和处理电路组成。(1)敏感元件：将要测量的非电信息变换为易于测量的物理量，形成电信号的元件。(2)处理电路：将敏感元件输出的电信号转变成便
2、于显示、记录、处理和控制的电学量的电路。3敏感元件的原理(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应。(2)化学类：基于化学反应的原理。(3)生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能。二、温度传感器1分类(1)热双金属片温度传感器。(2)热电阻传感器。(3)热敏电阻传感器。NTC型：电阻值随温度升高而减小。PTC型：电阻值随温度升高而增大。2作用将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量。3热敏电阻的热敏特性(1)实验探究实验器材：热敏电阻(正温度系数或负温度系数)、烧杯、水、酒精灯、欧姆表、开关、温度计。实验装置：如图311所示。图311实验过程及
3、数据处理：用酒精灯加热，测出水中各温度下欧姆表的读数，由实验数据绘出Rt图像。(2)实验结论：热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。三、光传感器1原理某些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化。2作用感知光线的变化或场景的变换，使“机器”作出反应。3应用(1)光电式烟尘浓度计图312(2)光电式转速表图3131自主思考判一判(1)传感器就是指敏感元件。()(2)传感器能把电信号转换成非电信号。()(3)家庭用的电视机遥控器属于红外线遥控。()(4)有光照射时，光敏电阻
4、的阻值变大。()(5)热敏电阻在温度升高时阻值变小。()(6)金属热电阻在温度升高时阻值变小。()2合作探究议一议(1)将非电学量转换为电学量有何意义？提示：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。(2)医院里给病人测体温时，使用一种先进的非接触式红外测温仪，这种测温仪使用了温度传感器还是光传感器？与传统测温仪相比，它有什么优点？提示：使用了红外线传感器即光传感器，与传统测温仪相比，它有如下优点：第一：可以远距离测量，不必接触被测人体，避免交叉感染。第二：可以立即获取温度数据。(3)热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而下降？提示：不
5、是。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小。 对传感器的理解1传感器的结构框图2传感器的分类物理型传感器化学型传感器生物型传感器敏感元件被测物理量变化时，敏感元件的电学量(如电阻、电压、电容等)会发生明显变化敏感元件能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量工作原理利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关的信息利用化学反应识别和检测信息利用生物体组织的各种生物、化学与物理效应识别和检测信息实例如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等如气敏传感器、湿敏传感器等如免疫传感器、抗原抗体传感器、酶传感器等 1当你走近某
6、些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息()A温度B运动C人 D光线解析：选D自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，红外线不属于可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。故选项D正确。2. (多选)如图314所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是()图314A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
7、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解析：选CD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，所以是作开关来使用、作为控制元件以实现自动控制的。3有一种叫含羞草的植物，只要用手指轻轻一触它的叶子，叶子便会马上卷起来。它能否作为生物传感器使用？为什么？解析：传感器是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成电信号的器件或装置。含羞草能感知到轻微的振动，并作出较大的反应，卷起叶子，如果将含羞草的这种反应进行拾取，再转换成电信号并用于控制，则含羞草可以作为生物传感器使用。答案：见解析温度传感器的理解及应用1热
8、双金属片温度传感器原理利用了不同金属材料的热膨胀系数不同结构将两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成为一体应用控制电路的通断用在温度控制装置中 保护电机2热电阻传感器原理利用了金属的电阻随温度的变化而变化。RR0(1t)，其中为温度系数，R0为t0 时导体的电阻特点性能稳定可在较大的温度范围内工作应用测温测流体的流量3热敏电阻分类负温度系数热敏电阻(NTC)：电阻值随温度升高而减小。正温度系数热敏电阻(PTC)：电阻值随温度升高而增大。特点对温度变化的响应敏感、灵敏度高应用测温、温度控制或过热保护典例半导体的电阻率随温度的升高而减小，经常利用半导体的这一特性来制作传感器，如图315所示是
9、一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器。值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器。当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是()图315AI变大，U变大 BI变大，U变小CI变小，U变小 DI变小，U变大思路点拨根据串、并联电路的特点及闭合电路的欧姆定律进行动态分析。解析当出现火情时，热敏电阻R3的阻值减小，则外电路总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大；由UEIr可知，路端电压减小，则图中报警器两端的电压U将减小；因总电流增大，则R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过R2中的电流I减小，故选
10、项C正确。答案C根据热敏电阻的阻值随温度变化的特点，利用串、并联电路的动态分析思路，可解此类问题，热敏电阻相当于滑动变阻器(可变电阻)。 1. (多选)如图316所示，电源内阻不可忽略，R1为半导体热敏电阻，它的电阻随温度的升高而减小，R2为锰铜合金制成的可变电阻。当发现灯泡L的亮度逐渐变暗时，可能的原因是()图316AR1的温度逐渐降低BR1的温度逐渐升高CR2的阻值逐渐减小DR2的阻值逐渐增大解析：选AC当R1的温度逐渐降低时，电阻增大，所以总电阻增大，总电流就减小，电源内阻所占电压减小，并联部分电压增大，所以通过R2的电流变大，而总电流减小，所以通过灯泡的电流减小，故A正确，B错误；当R
11、2的阻值逐渐增大时，总电阻增大，总电流就减小，电源内阻所占电压减小，并联部分电压增大，所以通过灯泡L的电流就增大，反之，若R2的阻值逐渐减小，则通过灯泡L的电流减小，故D错误，C正确。2.如图317所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时()图317AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱解析：选CR2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，R2电阻增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L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。光传感器的理解及应用典例如图3
12、18所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED的距离不变，下列说法正确的是()图318A当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率增大B当滑片P向左移动时，灯泡消耗的功率减小C当滑片P向右移动时，灯泡消耗的功率可能不变D无论怎样移动滑片P，灯泡消耗的功率都不变思路点拨解答本题时应弄清以下两点：(1)发光二极管发光的强度与通过发光二极管的电流大小的关系；(2)光敏电阻的阻值随光照强弱变化的特点。解析当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过发光二极管的电流增大，发光二极管发出的光增强，光敏电阻的阻值减小，流过灯泡的电
13、流增大，灯泡消耗的功率增大，选项A正确，B错误；当滑片P向右移动时，发光二极管所在支路的电阻增大，电流减小，发光二极管发出的光减弱，光敏电阻的阻值增大，流过灯泡的电流减小，灯泡消耗的功率减小，选项C、D错误。答案A(1)在光传感器中将光信号转换为电信号的敏感元件是光敏电阻。(2)光敏电阻是由半导体材料做成的，其电阻值随光照强度的增大而明显减小，因此光敏电阻阻值的变化可以反映光照强弱。 1(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图319
14、所示，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()图319A当有光照射R1时，处理系统获得低电压B当有光照射R1时，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解析：选BD当光敏电阻有光照射时，电阻减小，故当有光照射R1时，R1减小，则电阻R2上的电压变大，故处理系统获得高电压，选项B正确，A错误；信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，故C错，D正确。2.在如图3110所示的电路中，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，为理想电压表。若将照射R3的光的强度减弱，则()图3110A电压表的示数变大 B小灯泡消耗的功率变小C通过R2的电流变小 D电源内阻的电压变大解析：选B光敏电阻光照减弱，故光敏电阻的阻值增大，电路中的总电阻增大；由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流减小，故R1两端的电压减小，故A错误；由并联电路的电流规律可知，流过灯泡的电流一定减小，故由PI2R可知，小灯泡消耗的功率变小，故
