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1、第六章第六章传感器感器学案学案1传感器及其工作原理感器及其工作原理目目标定位定位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.知知识探究探究自我自我检测一、什么是一、什么是传感器感器问题设计如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭.知知识探究探究图1盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？答答案案盒子里用到了干簧管.把干簧管串入电路，当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能
2、起到开关的作用.要点提要点提炼1.干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个 制成的簧片.作用：在电路中起到 的作用，它是一种能够 的传感器.图2软磁性材料开关感知磁场2.传感器定义：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.物理电学通断3.非电学量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 .4.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)是如何显示或控制开关的.非电学量控制二、光敏二、光敏电阻阻问题设
3、计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答答案案当光被产品挡住时，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.要点提要点提炼1.光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻.2.原理：无光照时， 极少，导电性能 ；随着 的增强，载流子 ，导电性变好.3.特点：光照越强，电阻越 .4.作用：
4、把 这个光学量转换为 这个电学量.载流子不好光照增多小光照强弱电阻三、三、热敏敏电阻和金属阻和金属热电阻阻问题设计如图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答答案案由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，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.要点提要点提炼1.热敏电阻：用电阻随温度变化非常明显的 材料如(氧化锰)制成.按热敏电阻阻值随温度
5、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.(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 .半导体增大减小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.3.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 稳定性好，测温范围 ，但 较差.升高温度温度电阻化学大灵敏度四、霍四、霍尔元件元件问题设计如图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
6、的方向移动，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH.试推导其表达式.图5答答案案设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，薄片中的载流子受到洛伦兹力发生偏转，使半导体内部出现电场，载流子同时受到电场力和洛伦兹力的作用，当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定.再根据电流的微观表达式InqvS，Sl2d1.组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极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 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 .霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受
7、和 二力平衡.要点提要点提炼洛伦兹力电压电场力洛伦兹力UHB电压4.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，负电荷定向移动的反方向.典例精析典例精析一、一、对传感器的感器的认识例例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.图6(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”).解解析析当油量减少时，R的数
8、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，表示油量在减小.减小(2)将电压表接在b、c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”).解解析析把电压表接在b、c之间，油量减少时，R增大，电压表的示数增大.增大二、二、对光敏光敏电阻、阻、热敏敏电阻的阻的认识及及应用用例例2如图7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()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图7解解析析当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因
9、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.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.答案答案ABC三、三、对霍霍尔元件的元件的认识及及应用用例例3如图8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)()图8A.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
10、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将发生变化解解析析将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH 知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B在垂直工作面方向上的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确.答案答案ABD课堂要点小堂要点小结1.(对
11、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1 12 23 3自我自我检测解解析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.答案答案B1 12 23 31 12 23 32.(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()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AC图91 12 23 33.(对霍尔元件的认识及应用)如图10所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体的上、下表面的电势关系为()A.UMUNB.UMUNC.UMUN.故选A.答案答案A
