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1、高中物理 选修3 2 人教版 第六章 传感器 第一讲 传感器及其工作原理 目标定位 传感器及其工作原理 2 掌握制作传感器常用元件 光敏电阻 热敏电阻 金属热电阻 霍尔元件等基本特性及工作原理 1 理解楞次定律的内容 并应用楞次定律判定感应电流的方向 1理解楞次定律的内容 并应用楞次定律判定感应电流的方向 1知道什么是传感器 理解传感器工作原理 3 初步掌握各种常用元件的简单应用 预习导学 一 电学量 通断 二 减小 半导体 不好 变好 电阻 三 减小 增大 电阻 四 洛伦兹力 电压 电压 想一想 M N间的电压如何计算 在图中设E F间通入的电流 恒为I 外加磁场为B 薄片厚度为d 单位体积
2、内自由电荷数为n 单个带电粒子带电量为q 传感器及其工作原理 课堂讲义 一 对传感器的正确理解 1 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量 如压力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而它输出的大多是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出信号是非常微弱的 一般要经过放大等处理后 再通过 控制系统产生各种控制动作 2 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 是如何显示的或如何控制开关的 传感器及其工作原理 课堂讲义 例1 关于传感器 下列说法正确的是 A 光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的 B 传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的 C 传感
3、器是将非电学量转变为电学量的装置 D 以上说法都不正确 传感器及其工作原理 课堂讲义 二 常见的传感器 1 光敏电阻 1 特点 阻值随光照强度的增大而减小 2 机理 光敏电阻一般由半导体材料做成 当半导体材料受到光照 而温度升高时 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 导电性能变好 电阻变小 2 热敏电阻 1 特点 热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关 温度变化 阻值 有明显变化 2 分类 由半导体材料制成 其导电性能对温度的变化很敏感 热 敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类 正温度系数热敏电阻 负温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻 正温度系数的热敏材料 PTC 它的电
4、阻随温度上升而增加 负温度系数的热敏材料 NTC 它的电阻随温度的上升而下降 临界温度系数的热敏材料 CTC 它的电阻在很小的温度范围 临界 内急剧下降 传感器及其工作原理 课堂讲义 二 常见的传感器 3 金属热电阻 特点 电阻率随温度的升高而增大 金属电阻随温度的升高而增加 4 霍尔元件 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 在判断 电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷 传感器及其
5、工作原理 课堂讲义 例2 2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科 学家 以表彰他们发现 巨磁电阻效应 基于巨磁电阻效应 的开发用于读取硬盘数据的技术 被认为是纳米技术的第一 次真正应用 在下列有关其他电阻应用的说法中 错误的是 A 热敏电阻可应用于温度测控装置中 B 光敏电阻是一种光电传感器 C 电阻丝可应用于电热设备中 D 金属热电阻随温度升高而减小 传感器及其工作原理 课堂讲义 例3 在信息技术高速发展 电子计算机广泛应用 的今天 担负着信息采集任务的传感器在自动控制 信息处理技术中发挥着越来越重要的作用 其中 热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号 的元件 某学习小组的
6、同学在用多用电表研究热敏 特性实验中 安装好如图所示装置 向杯内加入冷 水 温度计的示数为20 多用电表选择适当的倍 率 读出热敏电阻的阻值R1 然后向杯内加入热水 温度计的示数为60 发现多用电表的指针偏转角 度较大 则下列说法正确的是 A 应选用电流挡 温度升高换用大量程测量 B 应选用电流挡 温度升高换用小量程测量 C 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率大的挡 D 应选用欧姆挡 温度升高时换用倍率小的挡 没电源不能用电流挡 指针偏转角度较大 说明阻值变小 换用倍率小的挡 传感器及其工作原理 课堂讲义 例4 如图所示 有电流I流过长方体金属块 金属块宽为d 高为b 有一磁感应强度为 B的匀强
7、磁场垂直于纸面向里 金属块单位 体积内的自由电子数为n 问 金属块上 下表面哪面电势高 电势差是多少 左手 定则 上表面聚集负电荷 下表面聚集正电荷 故下表面电势高 传感器及其工作原理 对点练习 对传感器的理解 1 用遥控器调换电视机频道的过程 实际上就是传感器把光 信号转化为电信号的过程 下列属于这类传感器的是 A 红外报警装置 B 走廊照明灯的声控开关 C 自动洗衣机中的压力传感装置 D 电饭煲中控制加热和保温的温控器 遥控器是利用红外线传输信号的 传感器及其工作原理 对点练习 光敏电阻的特性 2 如图所示 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
8、发出的光越强 且R与 LED间距不变 闭合开关S后 下列说法中正确的是 A 当滑动触头P向左移动时 L消耗的功率增大 B 当滑动触头P向左移动时 L消耗的功率减小 C 当滑动触头P向右移动时 L消耗的功率可能不变 D 无论怎样移动滑动触头P L消耗的功率都不变 二极管的电流增大 发光增强 光敏电阻阻值减小 灯泡L的电流增大 L功率增大 电阻减小 同理可知 L功率变小 传感器及其工作原理 对点练习 热敏电阻的特性 3 如图所示是观察电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 A 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
9、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 温度升高后 电阻将明显变化 温度升高后 电阻变大 但不明显 传感器及其工作原理 对点练习 霍尔元件原理分析及应用 4 如图所示是霍尔元件的工作原理示意图 如果用d表示薄片的厚度 k为 霍尔系数 相对于一个霍尔元件d k为定值 如果保持电流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 A 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时 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 UH kIB d B增强时UH将变大 两极处磁场与地面垂直 所以工作面应保持水平 赤道处磁场与地面平行 所以工作面应保持竖直 磁场与工作面夹角为 qvBsin qUH D 变化时 UH将变化 传感器及其工作原理 再见
