《2015-2016学年高中物理6.1传感器及其工作原理课件新人教版选修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015-2016学年高中物理6.1传感器及其工作原理课件新人教版选修（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,目标定位 1.知道什么是传感器，理解传感器的工作原理. 2.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等的基本特性及工作原理. 3.初步掌握各种常用元件的简单应用.,第1讲 传感器及其工作原理,一、什么是传感器 1.定义：感受非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为 或转换为电路的 的一类元件. 2.工作原理,电学量,非电学量,传感器 (敏感元件、转换器件、转换电路),电学量,通断,二、光敏电阻 1.特点：电阻值随光照增强而 . 2.原因分析：光敏电阻由 材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能 ；随着光照的增强，载流子增多，导电性 . 3.作用：把光照强弱这个光学量
2、转换为 这个电学量.,减小,半导体,不好,变好,电阻,三、热敏电阻和金属热电阻,减小,增大,电阻,四、霍尔元件 1.组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件. 2.原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加 与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就 在 作用下，向着与电流和磁场都垂 直的方向漂移，使M、N间出现 (如图1所示).,图1,洛伦兹力,电压,3.作用：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为 这个电学量.,电压,想一想 如图1所示，霍尔元件中M、N间的电压UH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，单位体积内载流
3、子数为n，单个载流子所带电荷量为q),答案 该霍尔元件中的载流子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场.载流子同时受到电场力作用.当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到稳定，且有,再根据电流的微观解释InqSv SLd ,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.
4、,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压的变化来传递信号的 C.传感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,AC,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
5、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系数热敏电阻.,正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电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.,3.金属热电阻 特点：电阻率随温度的升高而增大，电阻随温度的升高而增大. 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
6、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.,例2 下列有关电阻应用的说法中，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,解析 由热敏电阻、光敏电阻、金属热电阻的特性和用途知A、B、C正确，D错误.,D,图2,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 学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中， 安装好如图2所示装置
7、.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,解析 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流表，A、B均错； 当温度升高时，选用欧姆挡的多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的欧姆挡，C错误，D正确. 答案 D,例4 如图3所示，有电流I流过
8、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？,图3,解析 因为自由电荷为电子，运动方向与电流方向相反，故由左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U，当运动的自由电子所受电场力与洛伦兹力平衡时，有e evB，因为导体中的电流IneSvnevbd，故U,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
9、.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,解析 遥控器是利用红外线传输信号的，故A项正确.,A,光敏电阻的特性 2.如图4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，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,图4,解析 当滑动触头P向左移动时，使其电阻减小，则流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻
10、R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，则L消耗的功率增大，A正确，B、D错误； 当滑动触头P向右移动时，可分析出L消耗的功率变小，C错误. 答案 A,3.如图5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,图5,热敏电阻的特性,解析 若为金属热电阻、温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错误. 若为热敏电阻，读数将明显变化，C对，D错. 答案 C,霍尔元件原理分析及应用 4.如图6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( ),图6,A.增大穿过霍尔元件工作面的磁感应强度B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,解析,答案 ABD,
