《苏州市实验高中2020人教版物理课件第六章传感器1传感器及其工作原理15》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苏州市实验高中2020人教版物理课件第六章传感器1传感器及其工作原理15（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 传 感 器 1 传感器及其工作原理,与,1.传感器: (1)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规律转换为便于传 送和处理的电压、电流等_,或转换为电路_ 的元件。,物理量,物理量,通断,(2)意义:把非电学量转换为电学量,可以方便地进行 _、传输、处理和_。,测量,控制,2.光敏电阻: (1)特点:光照越强,电阻_,光照越弱,电阻_。 (2)原因:无光照时,载流子极少,导电性能_;随着 光照的增强,载流子_,导电性能_。 (3)作用:把光照强弱这个光学量转换为_这个电学 量。,越小,越大,不好,增多,变好,电阻,3.热敏电阻和金属热电阻:,减小,增
2、大,金属,电阻,4.霍尔元件: (1)构造:在很小的半导体薄片上,制作四个电极E、 F、M、N。 (2)霍尔电压:如图,E、F间通入恒定电流I,同时外加 与薄片垂直的磁场B,则M、N间出现霍尔电压 UH,UH= 。,(3)作用:把磁感应强度这个磁学量转换为_这个 电学量。,电压,主题一 什么是传感器 【问题探究】 干簧管、色标传感器、温度传感器及力传感器等都是生活和生产中常用的传感器。请结合上述传感器思考下列问题: (1)干簧管的工作原理及在电路中的作用是什么?,提示:干簧管可以感受外界磁场,当干簧管的两个铁质簧片处在磁场中时,两个簧片被磁化,在磁力的作用下由原来的分离状态变成闭合状态,磁场减
3、弱时两个簧片又分开,它在电路中的作用就是一个磁控开关。,(2)举例说明:不便于测量和控制的非电学量有哪些? 便于测量和控制的电学量有哪些? 不便于测量和控制的非电学量主要有_ _等,便于测量和控制 的电学量有_等。,角度、位移、,速度、压力、温度、声强、光照,电压、电流,(3)传感器最基本的作用是什么?传感器的工作过程是 怎样的? 传感器最基本的作用是_ _,其工作过程为:_ _。,将被测量的非电学量转换成,电学量,非电学量敏感元件转换,元件转换电路电学量,【探究总结】 传感器的功能与人类器官的对应关系 人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而在研究自然现象和规律以及生产活动中就需要大量
4、的传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。传感器的功能可与人类5大感觉器官相比拟:,光敏传感器视觉 声敏传感器听觉 气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉 流体传感器触觉,【典例示范】 (多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下列关于敏感元件或传感器的说法中正确的是 ( ),A.干簧管可以起到开关作用,“操纵”开关的是磁场 B.半导体材料可以制成光敏电阻,有光照射时其阻值将减小 C.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量 D.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号,【解析】选A、B、C。干簧管是一种能够感知磁场的传感器,A正确;光敏电阻
5、属于敏感元件,B正确;霍尔元件能够把磁学量转换为电学量,C正确;话筒使用了声音传感器,其作用是将声信号转换为电信号,故D错误。,【探究训练】 为了防止火灾的发生,在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器,该传感器是 ( ) A.气体传感器 B.光敏电阻传感器 C.压力传感器 D.烟雾传感器,【解析】选D。火灾报警器当有烟雾时,经过漫反射,将光信号转换成电信号,从而发出警报,所以该传感器是用光传感器实现报警的,从而制成烟雾传感器,故A、B、C错误,D正确。,【补偿训练】 1.有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干,手靠近
6、干手机能使传感器工作,是因为 ( ),A.改变湿度 B.改变温度 C.改变磁场 D.改变电容,【解析】选D。根据自动干手机工作的特征,手靠近干 手机时电热器开始工作,手撤离后电热器停止工作,人 是一种导体,可以与其他导体构成电容器,手靠近时相 当于连接一个电容器,可以确定干手机内设有电容式 传感器,由于手的靠近改变了电容的大小,故选项D正 确;用湿度和温度来驱动电热器工作,理论上可行,但,是假如干手机是由于温度、湿度的变化而工作就成了室内烘干机。,2.传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件。如图所示为一种电容式传感器,电路可将声音信号转化为电信号。电路中a、
7、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源S发出频率恒定的声波使a振动,则a在振动过程中 ( ),A.a、b板之间的电场强度不变 B.a、b板所带的电荷量不变 C.电路中始终有方向不变的电流 D.向右位移最大时,电容器的电容最大,【解析】选D。a、b始终跟电源相连,电势差U不变,由 于a、b间距离变化,由E= 知场强变化,A错误;由 C= 知d变化时C变化,a向右位移最大时,电容最 大, D正确;由Q=CU知a、b所带电荷量变化,电路中电 流方向改变,B、C错误。,主题二 传感器的几种敏感元件 【探究总结】 1.光敏电阻、金属热电阻、热
8、敏电阻、霍尔元件有什么不同?,越小,增多,减小,越大,增大,增大,越小,增多,减小,越大,减少,增大,正比,2.电容式位移传感器的工作原理是什么? 提示:电容器内部的电介质发生位移时,会导致电容器的电容发生变化,就能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。,3.楼道照明灯一般都装有光声控延时开关,当白天外界光线较强时,光声控延时开关总处于断开状态,灯不亮;当夜晚光线较弱且有声响时光声控延时开关处于导通状态,灯亮,延时一段时间后,开关断开,灯熄灭。据此判断,光声控延时开关里面安装有哪些种类的敏感元件?各有什么作用?,提示:光声控延时开关中安装有光敏元件,用于感知外界光线的强弱;还安装有声敏
9、元件,用于感知外界声响。,【探究总结】 1.敏感元件: 敏感元件指能够灵敏地感受被测量并做出响应的元件, 是传感器中能直接感受被测量的部分。它是传感器的 重要组成部分,敏锐地感受某种物理、化学、生物信 息并将其转换为电信号。有些传感器,它的敏感元件,与转换元件合并在一起。例如,半导体气体、湿度、温度和压力传感器等。,2.敏感元件的种类: (1)光敏元件:电阻值随入射光(一般指可见光)强弱而变化的敏感元件。通常入射光增强时,电阻值减小。 (2)力敏元件:随外界压力改变而变化的敏感元件。力敏元件种类繁多,如电阻式力敏元件、电容式力敏元件、压电式力敏元件等。,(3)磁敏元件:一种磁电转换元件,包括霍
10、尔元件、磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管等。 (4)气敏元件:电参数随外界气体种类和浓度变化而变化的敏感元件。 (5)湿敏元件:随环境湿度变化而变化的敏感元件。,【拓展延伸】常见电容式传感器,【典例示范】 广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中 的温度传感器,是利用热敏电阻的阻值随温度变化而 变化的特性工作的。在图甲中,电源的电动势E=9.0 V, 内电阻不可忽略, 为内阻不计的灵敏电流表,R0为 保护电阻,R为热敏电阻,其电阻值与温度变化关系如,图乙的R-t图象所示。则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R=_;闭合电键S,当R的温度等于40 时,电流表示数I1=2.25 mA,则当电流表
11、的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻R的温度是_。,【解题指南】解答本题要把握以下三点: (1)温度传感器就是一只可变电阻。 (2)可变电阻的阻值随温度升高而减小,并且是阻值随温度线性变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律,建立起电阻与电流的关系,结合电阻与温度的关系,就能找到电流与温度的关系。,【解析】设热敏电阻R与摄氏温度t的关系式为R=kt+b, 在R-t图象上取两点,如取40 对应的电阻3.5k, 120 对应的电阻2 k,代入R=kt+b得, 3 500 =k40+b,2 000=k120+b,联立解得k=-18.75, b=4.25103,所以该热敏电阻的R-t关系式为R= -18.
12、75t+4.25103。闭合电键S,当R的温度等于 40 时,热敏电阻R的阻值为3.5 k,电流表示数,I1=2.25 mA,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R0+r+3 500), 则当电流表的示数I2=3.6 mA时,E=I2(R0+r+R),联立解得 R=2 k,由题图乙得热敏电阻R的温度是120 。 答案:-18.75t+4.25103 120,【探究训练】 1.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图乙所示,下列判断正
13、确的是 ( ),A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动 B.从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动 C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动 D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动,【解析】选D。在0t1内,I恒定,压敏电阻阻值不变,由小球的受力不变可知,小车可能做匀速或匀加速直线运动,在t1t2内,I变大,压敏电阻阻值变小,压力变大,小车做变加速运动,A、B均错。在t2t3内,I不变,压力恒定,小车做匀加速直线运动,C错,D对。,2.(2016北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温
14、度上升时导电能力_ (选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更_(选填“敏感”或“不敏感”)。,【解析】从图中可看出,温度上升时,热敏电阻的阻值越小,即对电流的阻碍作用越小,导电能力越强。从图中还可看出在温度变化相同时,热敏电阻的阻值变化更大,故热敏电阻对温度变化的响应更敏感。 答案:增强 敏感,【补偿训练】 1.(2017深圳高二检测)有一电学元件,温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是 ( ) A.金属导体 B.绝缘体 C.半导体 D.超导体,【解析】选C。金属导体的电阻随温度升高而增大,A错误。超导体的电阻在温度降低到一定值时几乎为零,D错误。半导体
15、(如热敏电阻)的阻值随温度升高而减小,故C正确。绝缘体不导电,电阻几乎不随温度变化,B错误。,2.如图所示,截面为矩形的金属导体,放在磁场中,当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势有什么关系 ( ),A.UMUN B.UM=UN C.UMUN。故选A。,【课堂小结】,高中物理赠送：模块复习课 专题一 电磁感应,【体系构建】,【核心速填】 1.产生条件: (1)穿过闭合回路的_发生变化。 (2)回路的部分导体做_运动。,磁通量,切割磁感线,2.感应电流方向的判断: (1)楞次定律。 感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻 碍引起感应电流的_的变化。,磁通量,(2)右手定则。 伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一平面内,让_从掌心进入,并使拇指指 向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电 流的方向。,磁感线,3.感应电动势大小的计算: (1)E=_(单匝线圈); E=_ (n匝线圈)。 (2)E=Blv。 4.特殊情况:互感、自感、_、电磁阻尼和电磁 驱动。,涡流,模块复习课 专题二 交 变 电 流,【体系构建】,【核心速填】 1.
