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1、1传感器及其工作原理学习目标1.知道什么是传感器,理解各类传感器的工作原理.2.知道光敏电阻的特点及作用.3.掌握热敏电阻和金属热电阻的特点及区别.4.理解霍尔元件的原理及作用.自主探究1.传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等量,并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的、等电学量,或转换为电路的.2.光敏电阻在被光照时电阻发生变化,光照越强,电阻越.3.热敏电阻的阻值随温度的升高而,且阻值随温度变化非常明显.4.霍尔电压的决定式为UH=kIBd.式中d为,k为.霍尔系数的大小与薄片的有关.合作探究一、什么是传感器活动体验:音乐茶杯平放在桌上时,无声无息,提起茶杯,茶杯播放悦耳的
2、音乐.提出问题:音乐茶杯的工作开关在哪里?开启的条件是什么?猜想假设:(1)开关在茶杯底部,茶杯被提起后,所受的压力发生改变,茶杯的开关闭合,音乐响起.(2)开关在茶杯底部,茶杯被提起后,茶杯底部的光线由弱变强,茶杯的开关闭合,音乐响起.实验探究:(1)提起茶杯,用两根手指使劲挤压茶杯的底部,音乐并没有停止.(2)提起茶杯,用书挡住茶杯的底部但不挤压,音乐停止.自主学习:阅读课本P52“什么是传感器”的内容,学习相关的知识.传感器把量转换为量,便于测量、传输、处理和控制.二、光敏电阻活动体验:将一只光敏电阻接到多用电表的两端,电表置于倍率为100的欧姆挡.在室内自然光的照射下,电阻值很大;在强
3、光的照射下,电阻值很小.提出问题:换用一只普通的电阻,小心地把电阻表面的漆涂层除去一些,使里面的导电膜漏出来接受光照.重做上述实验,结果相同吗?自主学习:阅读课本的P53“光敏电阻”的内容,学习相关的知识.1.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为这个电学量.2.工作原理:光敏电阻在光照射下发生变化.光敏电阻是由硫化镉制成的,硫化镉是一种半导体材料,无光照时,载流子极少,导电性能不好;随着光照的增强,载流子增多,导电性变好.三、热敏电阻活动体验:将一只热敏电阻接到多用电表的两端,电表置于倍率为100的欧姆挡.在冷水中,电阻值很小;在热水中,电阻值很小.提出问题:换用一只金属热电阻,重做上述实验
4、,结果相同吗?自主学习:阅读课本的P54“热敏电阻和金属热电阻”的内容,学习相关的知识.1.热敏电阻与金属热电阻相比,化学稳定性,温度范围,灵敏度.2.热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为这个电学量.四、霍尔元件自主学习:阅读课本P55“霍尔元件”的内容,学习相关的知识.如图,在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上,制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件.若在E、F间通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下,向着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使M、N间出现电压UH.这个电压叫做霍尔电压,其决定式为UH=kIBd.式中d为薄片的
5、厚度,k为霍尔系数,它的大小与薄片的材料有关.1.一个霍尔元件的厚度d、k为定值,若保持I恒定,则UH的变化就与B成.2.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.课堂检测1.关于干簧管,下列说法正确的是()A.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2.下列关于传感器的说法正确的是()A.所有传感器都是由半导体材料做成的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.以上说法都不正确3.有一个消毒用电器P,电阻为20 k,它只有在电压高于24 V时才
6、能工作.今用一个光敏电阻R1对它进行控制,光敏电阻在光照时为100 ,黑暗时为1 000 .电源电动势E为36 V,内阻不计,另有一个定值电阻R2,电阻为1 000 .下列电路,开关闭合后能使消毒用电器在光照时正常工作、黑暗时停止工作的是()4.如图所示,将一光敏电阻接在多用电表两表笔上,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,用光照射光敏电阻时,表针自左向右的偏转角度为;现用手掌挡住部分光线,表针自左向右的偏角为,则可判断()A.= B. D.不能确定5.如图所示,R3是光敏电阻,当开关S闭合后在没有光照射时,a、b两点等电势,当用光照射电阻R3时,则()A.R3的电阻变小,a点电势高于b点电势B.
7、R3的电阻变小,a点电势低于b点电势C.R3的电阻变大,a点电势高于b点电势D.R3的电阻变大,a点电势低于b点电势6.如图所示,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
8、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7.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图.现把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的示数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)()A.如果R为金属热电阻,示数变大,且变化非常明显B.如果R为金属热电阻,示数变小,且变化不明显C.如果R为热敏电阻(用半导体材料制成),示数变化非常明显D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制成),示数变化不明显8.在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越
9、高,电阻越小),C为电容器.当环境温度降低时()A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的示数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大9.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.对于一个霍尔元件,d、k为定值,如果保持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(工作面是指较大的平面)()A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面,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10.如图所示,将多用
10、电表的选择开关置于“欧姆”挡,再将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间.如果往RT上擦一些酒精,那么表针将向(选填“左”或“右”)移动;如果用吹风机将热风吹向电阻,那么表针将向(选填“左”或“右”)移动.11.如图所示为自动水位报警器的示意图,在水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路,灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,灯亮.12.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差
11、U、电流I和B的关系为U=kIBd,式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚焦在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向移动速度为v,电荷量为e.回答下列问题:(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势下侧面A的电势(选填“高于”“低于”或“等于”).(2)电子所受的洛伦兹力的大小为.(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为.(4)由静电力
12、和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=1ne,其中n代表导体板单位体积内电子的个数.参考答案自主探究1.非电学电压电流通断2.小3.减小4.薄片的厚度霍尔系数材料合作探究一、什么是传感器自主学习:非电学电学二、光敏电阻答案点拨:普通电阻的阻值与光照的程度无关.自主学习:1.电阻2.电阻三、热敏电阻答案点拨:金属热电阻的化学稳定性好,温度范围大,但灵敏度较差.自主学习:1.差小高2.电阻四、霍尔元件自主学习:1.正比2.电压课堂检测1.CD解析:干簧管能感知磁场,是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时,就会吸引,所以将其作开关来使用,当磁场靠近的时候,就会闭合或断开.2.B解析:半导体材料可
13、以制成传感器,其他材料也可以制成传感器,所以A项错误,B项正确;传感器不但能感知电压的变化,还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量,所以C项错误.3.C解析:利用相关知识分析可知,电路A和B只能使消毒用电器在光照时正常工作,不能在黑暗时停止工作;电路C能使消毒用电器在光照时正常工作,黑暗时停止工作;电路D不能使消毒用电器在光照时正常工作,黑暗时停止工作.4.B解析:光敏电阻的阻值随光照的减少而增大,所以用手掌挡住部分光线后光敏电阻的阻值变大,多用电表的指针偏角变小.5.A解析:当光照射R3时,R3阻值变小,R4分压变大,则a点电势将会升高,所以a点电势高于b点电势.6.D解析:多用电表与
14、热敏电阻构成的回路中未接入电源,故不能用电流表,A、B两项错误;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡,C项错误,D项正确.7.C解析:金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,但灵敏度较差.而热敏电阻(用半导体材料制成)灵敏度高,C项正确.8.AB解析:当环境温度降低时,R2变大,电路的总电阻变大,由I=ER总知,I变小,又U=E-Ir,电压表的示数U增大,B项正确;又由U1=IR1及P1=I2R1可知,U1变小,R1消耗的功率P1变小,D项错误;电容器两板间的电压U2=U-U1,U2变大,由电场强度E=U2d,Q=CU2可知,Q、E都增大,故A项正确,C项错误.9.ABD解析:一个磁极靠近霍尔元件工作面时,B增强,由UH=kIBd知,UH将变大,故A项正确;两极处磁场可看作与地面垂直,所以工作面应保持水平,故B项正确;赤道处磁场可看作与地面平行,所以工作面应保持竖直,故C项错误;若磁场与工作面夹角为,则应有qvBsin =UHdq,可见变化时,UH将变化,故D项正确.10.解析:若往RT上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,所以电流减小,表针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻RT温度升高,电阻值减小,电流增大,表针向右偏.答案:左右
