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1、高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件第6章 第一节传感器及其工作原理高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件课标定位定位学学习目目标：1.知道什么是知道什么是传感器感器2知知道道什什么么是是光光敏敏电阻阻、热敏敏电阻阻、金金属属热电阻阻以及霍以及霍尔尔元件元件3知道知道传感器的工作原理感器的工作原理重点重点难点：点：对传感器工作原理的理解感器工作原理的理解高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第一一节节传传感感器器及及其其工工作作原原理理课前自主学案课前自主学案高中物理选修高中物理选修3-23-2课件
2、课件课前自主学案课前自主学案一、什么是一、什么是传感器感器1定定义：感感受受_量量，并并能能把把它它们按按照照一一定定的的规律律转换为_量量，或或转换为电路路的的_的一的一类元件元件非非电学学电学学通断通断高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件二、光敏二、光敏电阻阻1特点：特点：电阻阻值随光照增随光照增强强而而_2原原因因分分析析：光光敏敏电阻阻由由半半导体体材材料料制制成成，无无光光照照时，载流流子子_，导电性性能能_；随随着着光光照照的的增增强强，载流子流子_，导电性性_3 作作 用用 ： 把把 _这 个个 光光 学学 量量 转 换 为_这个个电学量学量减小减小少少差差增多增多增增强
3、强光照光照强强度度电阻阻高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件三、热敏电阻和金属热电阻三、热敏电阻和金属热电阻热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度升高而减小电阻率随温度升高而增大制作材料半导体金属优点灵敏度好化学稳定性好，测温范围大作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件四、霍四、霍尔尔元件元件1组成成：在在一一个个很很小小的的矩矩形形半半导体体薄薄片片上上，制制作作4个个电极极E、F、M、N,就成就成为一个霍一个霍尔尔元件元件2原理：原理：E、F间通入恒定的通入恒定的电流流I，同同时外外加加与与薄薄片片垂垂直直的的磁磁场B时,薄薄片片中中的的载
4、流流子子就就在在_力力作作用用下下,向向着着与与_和和_都都垂垂直直的的方方向向漂漂移移，使使M、N间出出现_ (如如图611所示所示)图611磁磁场磁磁场电流流电压高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件3霍霍尔尔电压：UH_，d为薄薄片片厚厚度度，k为霍霍尔尔系系数数一一个个霍霍尔尔元元件件的的d、k为定定值，若若保保持持I恒定，恒定，则UH的的变化就与化就与B成成_4作作用用：把把_这个个磁磁学学量量转换为_这个个电学量学量正比正比磁感磁感应强强度度电压高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件核心要点突破核心要点突破一、一、对热敏敏电阻和金属阻和金属热电阻的理解阻的理解1热敏敏电
5、阻阻图612用用半半导体体材材料料制制成成，其其电阻阻值随随温温度度变化化明明显，如如图612所所示示，(1)为某某一一热敏敏电阻阻的的电阻阻温度特性曲温度特性曲线高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件2热敏敏电阻的两种型号及其特性阻的两种型号及其特性热敏敏电阻阻器器是是电阻阻值随随温温度度变化化而而变化化的的敏敏感感元元件件在在工工作作温温度度范范围内内，电阻阻值随随温温度度上上升升而而增增大大的的是是正正温温度度系系数数(PTC)热敏敏电阻阻器器；电阻阻值随随温温度度上上升升而而减减小小的的是是负温温度度系系数数(NTC)热敏敏电阻阻器器高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件3
6、热敏敏电阻的用途阻的用途热敏敏电阻器的用途十分广泛，主要阻器的用途十分广泛，主要应用于：用于：(1)利利用用电阻阻温温度度特特性性来来测量量温温度度、控控制制温温度度和元件、器件、和元件、器件、电路的温度路的温度补偿；(2)利利用用非非线性性特特性性完完成成稳压、限限幅幅、开开关关、过流保流保护作用；作用；(3)利利用用不不同同媒媒质中中热耗耗散散特特性性的的差差异异测量量流流量量、流速、液面等流速、液面等高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件4金属金属热电阻阻有有些些金金属属的的电阻阻率率随随温温度度的的升升高高而而增增大大，这样的的电阻阻也也可可以以制制作作温温度度传感感器器，称称为
7、金金属属热电阻阻如如图612中的中的(2)为金属金属导线电阻阻温度特性曲温度特性曲线相相比比而而言言，金金属属热电阻阻化化学学稳定定性性好好，测温温范范围大大,而而热敏敏电阻的灵敏度阻的灵敏度较好好特特别提提醒醒：热敏敏电阻阻和和金金属属热电阻阻都都能能够把把温温度度这个个热学学量量转换为电阻阻这个个电学学量量，但但相相比比而而言言，金金属属热电阻阻的的化化学学稳定定性性好好，测量量范范围大大，而而热敏敏电阻的灵敏度阻的灵敏度较高高高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件即即时应用用 (即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1.如如图613为电阻阻R随随温温度度T变化化的的图线，下下列列说法中
8、正确的是法中正确的是()图613高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件A图线1是是热敏敏电阻阻的的图线，它它是是用用金金属属材材料料制制成成的的B图线2是是热敏敏电阻阻的的图线，它它是是用用半半导体体材材料料制制成的成的C图线1的的材材料料化化学学稳定定性性好好、测温温范范围大大、灵灵敏敏度高度高D图线2的的材材料料化化学学稳定定性性差差、测温温范范围小小、灵灵敏敏度高度高解解析析：选BD.热敏敏电阻阻是是由由半半导体体材材料料制制成成的的，其其稳定定性性差差，测温温范范围小小，但但灵灵敏敏度度高高，其其电阻阻随随着着温温度度的的升升高高而而减减小小金金属属电阻阻阻阻值随随温温度度的的升
9、升高高而而增增大，大，图线1是金属是金属电阻，阻，图线2是是热敏敏电阻阻高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件二、霍二、霍尔尔元件元件1霍霍尔尔元件元件如如图614所所示示，在在一一个个很很小小的的矩矩形形半半导体体(例例如如砷砷化化铟)薄薄片片上上，制制作作四四个个电极极E、F、M、N，就就成成为一个霍一个霍尔尔元件元件图614高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件2霍霍尔尔效效应的原理的原理外外部部磁磁场使使运运动的的载流流子子受受到到洛洛伦兹力力，在在导体体板板的的一一侧聚聚集集，在在导体体板板的的另另一一侧会会出出现多多余余的的另另一一种种电荷荷，从从而而形形成成横横向向电
10、场；横横向向电场对电子子施施加加与与洛洛伦兹力力方方向向相相反反的的静静电力力，当当静静电力力与与洛洛伦兹力力达达到到平平衡衡时，导体体板板左左右右两两侧会会形形成成稳定的定的电压高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件特特别提提醒醒：判判断断电势高高低低时首首先先明明确确载流流子子是是正正电荷荷还是是负电荷荷高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件即即时应用用 (即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2霍霍尔尔元件能元件能转换哪个物理量哪个物理量()A把温度把温度这个个热学量学量转换成成电阻阻这个个电学量学量B把把磁磁感感应强强度度这个个磁磁学学量量转换成成电压这个个电学学量量C把力把力
11、这个力学量个力学量转换成成电压这个个电学量学量D把光照把光照强强弱弱这个光学量个光学量转换成成电阻阻这个个电学量学量答案：答案：B高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件 如如图615所所示示，R1、R2为定定值电阻阻，L为小小灯灯泡泡，R3为光光敏敏电阻阻，当当光光照照射射到到R3上上的的光光强强度增大度增大时()A电压表的示数增大表的示数增大BR2中中电流减小流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端路的路端电压增大增大课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一光敏电阻的特性光敏电阻的特性例例例例1 1图615高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件【思思路路点点拨】光光敏敏电
12、阻阻有有随随着着光光照照强强度度的的增增强强而而阻阻值减减小小的的特特征征，由由闭合合电路路欧欧姆姆定定律律及及串串并并联的的分分压、分流原理、分流原理对电路路进行行动态分析分析高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件【自自主主解解答答】当当照照射射光光强强度度增增大大时，光光敏敏电阻阻R3的的阻阻值变小小，R3与与L串串联后后再再与与R2并并联的的总电阻阻值变小小、干干路路中中总电流流变大大，R1两两端端电压变大大，A正正确确；R2两两端端电压减减小小，通通过R2的的电流流减减小小，B正正确确；总电流流变大大，通通过R2的的减减小小，所所以以通通过小小灯灯泡泡L的的电流流变大大，灯灯泡泡
13、变亮亮，功功率率增增大大，C正正确确因因为干干路路中中电流流变大大，内内电压变大大，路路端端电压变小小，D错误故故选ABC.【答案答案】ABC高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件【规律律总结】考考查光光敏敏电阻阻，常常与与直直流流电路路相相联系系串串并并联电路路的的特特点点、动态分分析析成成为这一一类问题考考查的的热点内容点内容高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件变式式训练1如如图616所所示示，R3是是光光敏敏电阻阻，当当开开关关S闭合合后后在在没没有有光光照照射射时，a、b两两点点等等电势，当用光照射，当用光照射电阻阻R3时，则()图616高中物理选修高中物理选修3-23-
14、2课件课件AR3的的电阻阻变小，小，a点点电势高于高于b点点电势BR3的的电阻阻变小，小，a点点电势低于低于b点点电势CR3的的电阻阻变大，大，a点点电势高于高于b点点电势DR3的的电阻阻变大，大，a点点电势低于低于b点点电势解解析析：选A.光光照照射射R3时，由由光光敏敏电阻阻特特性性，R3的的电阻阻变小小，所所以以UR3减减小小，a点点电势升升高高，即即a点点电势高于高于b点点电势，A正确正确高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件 在在温温控控电路路中中，通通过热敏敏电阻阻阻阻值随随温温度度的的变化化可可实现对电路路相相关关物物理理量量的的控控制制如如图617所所示示电路路，R1为定
15、定值电阻阻，R2为半半导体体热敏敏电阻阻(温温度度越越高高电阻阻越越小小),C为电容容器器当当环境境温温度度降降低低时()类型二类型二热敏电阻的特征热敏电阻的特征例例例例2 2图617高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件A电容器容器C的的带电量增大量增大B电压表的表的读数增大数增大C电容器容器C两板两板间的的电场强强度减小度减小DR1消耗的功率增大消耗的功率增大高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件【答案答案】AB【规律律总结】解解此此类问题时，R2相相当当于于一一个个滑滑动变阻器要把阻器要把R2与金属与金属热电阻区阻区别开开高中物理选
16、修高中物理选修3-23-2课件课件变式式训练2如如图618所所示示，将将万万用用表表的的选择开开关关置置于于“欧欧姆姆”挡，再再将将电表表的的两两支支表表笔笔与与负温温度度系系数数的的热敏敏电阻阻Rt的的两两端端相相连，这时表表针恰恰好好指指在在刻刻度度盘的的正正中中间若若往往Rt上上擦擦一一些些酒酒精精，表表针将将向向_(填填“左左”或或“右右”)移移动；若若用用吹吹风机机将将热风吹吹向向电阻阻，表表针将将向向_(填填“左左”或或“右右”)移移动图618高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件解解析析：若若往往Rt上上擦擦一一些些酒酒精精，由由于于酒酒精精蒸蒸发吸吸热，热敏敏电阻阻Rt温
17、温度度降降低低，电阻阻值增增大大，所所以以电流流减减小小,指指针应向向左左偏偏；用用吹吹风机机将将热风吹吹向向电阻阻，电阻阻Rt温度升高，温度升高，电阻阻值减小，减小，电流增大，指流增大，指针向右偏向右偏答案：答案：左右左右高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件类型三类型三霍尔元件的特性霍尔元件的特性例例例例3 3图619高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件【答案答案】(1)evB(2)证明明见精精讲精析精析高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件变式式训练3如如图6110所所示示是是霍霍尔尔元元件件的的工工作作原原理理示示意意图，
18、如如果果用用d表表示示薄薄片片的的厚厚度度，k为霍霍尔尔系系数数，对于于一一个个霍霍尔尔元元件件d、k为定定值，如如果果保保持持电流流I恒恒定定，则可可以以验证UH随随B的的变化化情情况况以以下下说法中正确的是法中正确的是()图6110高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件A将将永永磁磁体体的的一一个个磁磁极极逐逐渐靠靠近近霍霍尔尔元元件件的的工工作作面面时，UH将将变大大B在在测定定地地球球两两极极的的磁磁场强强弱弱时，霍霍尔尔元元件件的的工工作面作面应保持水平保持水平C在在测定定地地球球赤赤道道上上的的磁磁场强强弱弱时，霍霍尔尔元元件件的的工作面工作面应保持水平保持水平D改改变磁磁感感线与与霍霍尔尔元元件件工工作作面面的的夹角角，UH将将发生生变化化高中物理选修高中物理选修3-23-2课件课件
