《2018-2019学年高中物理 第3章 第1、2节 传感器 温度传感器和光传感器课件 教科版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第3章 第1、2节 传感器 温度传感器和光传感器课件 教科版选修3-2（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第三章,传感器,目标定位,1.知道传感器的定义，理解其工作原理. 2.了解热敏电阻、敏感元件的特性. 3.了解几种温度传感器及光传感器的原理,学案1 传感器 温度传感器和光传感器,知识探究,自我检测,在现代生活中，我们时刻能感受到自动控制带给我们的便利.如马路上的路灯夜晚发光，白天自动熄灭；当你走近自动门时它会自动打开，当你离开时它会自动关闭；电冰箱启动后，会自动控制压缩机工作，使冰箱内保持所设定的低温，这其中的“机关”是什么？ 答案 在这些电路中分别安装了不同的传感器.,一、传感器,知识探究,问题设计,要点提炼,1.定义：把被测的 ，按一定规律转换成与之对应的 的器件或装置. 2.传感器的
2、结构 3.敏感元件能直接感受 信息，并把其变换成易于测量的物理量，形成 .常见的敏感元件有力敏元件、 元件、 元件、磁敏元件、气敏元件等.,非电信息,电信息,敏感元件,非电,电信号,光敏,热敏,4.处理电路能把微小的信号进行 ，并除去 信号，使敏感元件输出的电信号转变成便于显示、记录、处理和控制的电学量.,放大,干扰,二、敏感元件的原理,1. 如图1所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在Rt上擦一些酒精，表针将如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？,问题设计,图1,答案 由于酒精蒸发，
3、热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻Rt，电阻Rt温度升高，电阻值减小，指针将向右偏.,2.如图2所示连接电路，把磁铁靠近或远离干簧管，观察电路中所发生的现象.你认为干簧管起了什么作用？,图2,答案 把磁铁靠近干簧管时，簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁.当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触，电路连通，灯亮.因此，干簧管串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关.,要点提炼,1.热敏电阻是用 材料制成的，它具有电阻随 灵敏变化的特性，可以实现对 的测量. 2.干簧管是一种能感知 的敏感元件，在电路中的作用就是一个 的开关.,半导体,温度,温度,磁场,由
4、磁场控制,三、温度传感器,如图3所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属.,问题设计,图3,(1)常温下，电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？ 答案 常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热.,(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？ 答案 熨烫棉麻衣物需要设定
5、较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋.反之，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋.,要点提炼,1.热双金属片温度传感器是由两种膨胀系数相差 的不同金属片焊接或轧制成一体后组成.它对温度的感知表现为热双金属片的 ，可以用它控制电路的 . 2.热敏电阻：用 材料制成.按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻.,较大,形变,通断,半导体,(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻 . (2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻 . 3.金属热电阻：金属的电阻率随温度 而增大，利用这一
6、特性，金属丝也可以制作成 传感器，称为热电阻. 4.热敏电阻和金属热电阻都能够把 这个热学量转换为 这个电学量.金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差.,增大,减小,升高,温度,温度,电阻,四、光传感器,1.原理：有些金属或半导体材料在电路中受到光照时，产生 或 ，实现 信号向 信号的转化. 2.应用： (1)自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了 传感器.,电流,电压,光,电,红外光,(2)在环境监测、火灾报警等装置中通常利用 工作. (3)在工农业生产、交通运输等行业中较多地采用 进行转数的测量.,光电式转速表,光电式烟尘浓度计,典例精析,一、对传感器的认识,例1 如图4是
7、一种测定油箱油量多少或变化多少的装置.,图4,其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端.,(1)若把一只电压表接在c、d之间，当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(选填“增大”或“减小”).,解析 由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化.当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小.当把电压表接在c、d两点间，电压表示数减小时，表示油量在减少.,减小,(2)将电压表接在b、c之间，当油量减少时，电压表的示数将_(选填“增大”或“减小”).,解析 把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减
8、小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大.,增大,例2 一热敏电阻在温度为80 时阻值很大，当温度达到100 时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在80 到100 之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图5所示，图中R1为热敏电阻，R2为电阻丝，请简述其工作原理.,二、对热敏电阻的认识及应用,图5,解析 开始水温较低时，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热； 当水温达到100 左右时，R1阻值变得很小，R2被短路，将停止加热； 当温度降低到80 时，R1阻值又变得很大，R2又开始加热，这样就可达到保温的效果. 答案 见解析,例3 如图6所示为光电式烟尘浓度计的
9、原理图，试说明其工作原理.,图6,三、对光传感器的认识及应用,解析 光源1发出的光线经半透半反镜3，分成两束强度相等的光线.一束光线直接到达光电转换电路7上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号.另一束光线经反射镜4穿过被测烟尘5到达光电转换电路6上，其中一部分光线被烟尘吸收或因散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路6的光就越弱.两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1U2，说明被测的光路上没有烟尘；相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘浓度较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度. 答案 见解析,例4 如图7所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯 泡，R3为光敏电阻，当
10、入射光强度增大时( ),图7,A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大,解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，即电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误. 由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确. 结合干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确. 答案 ABC,课堂要点小结,1,2,3,4,自我检测,1.(对传感器的认识)关于传感器，下列说法正确的是( ) A.所有传感器都是由
11、半导体材料制成的 B.金属材料也可以制成传感器 C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D.水银温度计是一种传感器,解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对； 传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错； 水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错. 答案 B,1,2,3,4,1,2,3,4,2.(对电容式传感器的认识)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时
12、就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值.如图8所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是( ),1,2,3,4,图8,1,2,3,4,A.甲图的传感器可以用来测量角度 B.乙图的传感器可以用来测量液面高度 C.丙图的传感器可以用来测量压力 D.丁图的传感器可以用来测量速度,1,2,3,4,解析 甲图角度变化能导致极板正对面积变化； 乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化； 丙图压力F变化能导致极板间距变化； 丁图中位置变化导致电介质变化. 所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的传感器，故选D. 答案 D,1,2,3,4,3. (
13、对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图9所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，Rt为负温度系数热敏电阻，Rg为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( ),图9,1,2,3,4,A.温度不变，光照增强 B.温度升高，光照不变 C.温度降低，光照增强 D.温度升高，光照减弱 答案 AC,1,2,3,4,4.(对光传感器的认识)烟雾散射火灾报警器使用的是( ) A.光传感器 B.温度传感器 C.红外传感器 D.超场波传感器 解析 烟雾散射火灾报警器是烟雾进入报警器后，光被散射，照到报警器中的光传感器上，使电路接通，报警器工作，发出警报，A对，B、C、D错.,A,
