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1、1传感器及其工作原理学习目标1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用一、传感器导学探究干簧管结构：如图1所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图2电路，当磁铁靠近干簧管时：图1图2(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？知识梳理传感器及工作原理：(1)传感器的定义：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另一个物理量(通常是电压、电流等_量)，或转换为电路的_的元件(2)非电学量
2、转换为电学量的意义：把_转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和_即学即用(多选)传感器担负着信息采集的任务，它可以()A将力学量(如形变量)转变成电学量B将热学量转变成电学量C将光学量转变成电学量D将电学量转变成力学量二、光敏电阻导学探究在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻此光电计数器的基本工作原理是什么？图3知识梳理光敏电阻的特点及工作原理：(1)当半导体材料受到_或者温度_时，会有更多的电子获得能量成为_电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强(2)光敏电阻是用_材料(
3、如硫化镉)制成的它的特点是光照越强，电阻越_它能够把_这个光学量转换为_这个电学量即学即用判断下列说法的正误(1)光敏电阻的阻值随光线的强弱变化，光照越强电阻越小()(2)有光照在光敏电阻上，电阻上的自由电子会发生定向移动()(3)光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化，不能感知自然光的变化()三、热敏电阻和金属热电阻导学探究如图4所示，将多用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(温度升高，电阻减小)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，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图4知识梳理热敏电阻和金属热电阻的特
4、点：(1)热敏电阻：用_材料制成可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻_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_(2)金属热电阻：金属的电阻率随温度_而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成_传感器，称为热电阻即学即用判断下列说法的正误(1)热敏电阻在温度升高时阻值变小()(2)金属热电阻在温度升高时阻值变小()(3)金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大()(4)热敏电阻用半导体材料制作，所以没有金属热电阻的灵敏度高()四、霍尔元件导学探究如图5所示，在矩形半导体薄片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M、N间会出
5、现电压，称为霍尔电压UH.图5(1)分析为什么会出现电压(2)试推导UH的表达式知识梳理霍尔元件的特点：(1)霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受_和_二力平衡(2)霍尔电压：UHk(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)其中_与_成正比，所以霍尔元件能把磁学量转换成电学量即学即用判断下列说法的正误(1)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出()(2)把霍尔元件放入磁场中，由于电磁感应现象，在元件的电极间产生感应电动势()(3)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关()(4)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()一、传感器的理解1传感器的原理：2在分析传感器时要明确
6、：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量；(3)是如何显示或控制开关的例1如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置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在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？图6二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例2(多选)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7所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器当环境温度降低时()图7A电容器C的带
7、电荷量增大B电压表的读数增大C电容器C两板间的电场强度减小DR1消耗的功率增大例3(多选)如图8所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图8A电压表的示数增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光线强弱)是增大还是减小(2)分析整个回路的电阻的增减，电流的增减(3)分析部分电路的电压、电流如何变化三、霍尔元件的认识及应用例4在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽a1.0102 m、长b4.0102 m、厚h1103 m，水平放置在方向竖直向上的磁感应强
8、度大小为B1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I3.0 A的电流，如图9所示，沿薄片宽度产生1.0105 V的横向电压图9(1)假定载流子是电子，a、b两端中的哪端电势较高？(2)薄片上形成电流I的载流子定向运动的速率多大？(保留两位有效数字)霍尔电势高低的判断方法：利用左手定则，即四指指向电流方向，磁感线垂直穿入手心，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面1关于传感器，下列说法正确的是 ()A所有传感器都是由半导体材料制成的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
9、感器2.如图10所示的电路中，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，下列说法中正确的是()图10A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3(多选)如图11所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图所示方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则()图11A电势abB电势baC电流增大时，|ab|增大D其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，电势结果仍然
10、一样答案精析知识探究一、导学探究(1)灯泡会亮，因为当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器知识梳理(1)物理电学通断(2)非电学量控制即学即用ABC传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件，故选项A、B、C对，D错二、导学探究当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次知识梳理(1)光照升高自由(2)半导体小光照强弱电阻即学即用(1)(2)(3)三、导学探究由于酒精蒸发，热敏电阻RT温
11、度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏知识梳理(1)半导体增大减小(2)升高温度即学即用(1)(2)(3)(4)四、导学探究(1)薄片中的载流子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间出现了电压(2)设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，受力分析如图当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定即qqvB再根据电流的微观表达式InqvS，Sl2d整理得：UH令k，其中n为材料单位体积的载流子的个数，q为单个载流子的电荷量，它们均为常数则有UHk.知识梳理(1)电场力洛伦兹力(2)U
12、HB即学即用(1)(2)(3)(4)题型探究例1见解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小例2AB当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I知I变小，又UEIr，电压表的读数U增大，B正确；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2UU1，U1IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E，QCU2可知Q、E都增大，故A正确，C错误例3ABC当入射光强度增大时，R
13、3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，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误因路端电压减小，而R1两端电压增大，故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项正确例4(1)a(2)6.7104 m/s解析(1)根据左手定则可确定a端电势高(2)设电子沿电流反方向所在直线定向移动的速率为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，则静电力为F电Eee，洛伦兹力FevB，平衡时有eevB，得v6.7104 m/s.达标检测1B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2A滑动触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果3AC铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用而向b侧偏转，所以ab，A对，B错；因|ab|
