学高中物理传感器及其工作原理讲授式同课异构新人教选修.pptx

会计学1学高中物理传感器及其工作原理讲授式同学高中物理传感器及其工作原理讲授式同课异构新人教选修课异构新人教选修演示实验：演示实验：演示实验：演示实验：小小盒盒子子 A 的的侧侧面面露露出出一一个个小小灯灯泡泡，盒盒外外没没有有开开关关，但但是是把把磁磁铁铁 B 放放到到盒盒子子上上面面灯灯泡泡就就发发光光，把把磁磁铁铁移移走走，灯泡熄灭。灯泡熄灭。盒子里有什么装置？盒子里有什么装置？1 1、干簧管、干簧管、干簧管、干簧管一、什么是传感器一、什么是传感器第1页/共26页原理：原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。一、什么是传感器一、什么是传感器第2页/共26页传感器的定义：传感器的定义：传感器是指这样一类元件：传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。一、什么是传感器一、什么是传感器第3页/共26页传感器的作用传感器的作用传感器的作用传感器的作用 传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地实现很方便地实现很方便地实现很方便地测量、传输、处理和控制测量、传输、处理和控制测量、传输、处理和控制测量、传输、处理和控制。非电学量非电学量传感器传感器电学量电学量 角度角度位移位移速度速度压力压力温度温度湿度湿度声强声强光照光照 传感器传感器电压电压电流电流电阻电阻电容电容一、什么是传感器一、什么是传感器第4页/共26页有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为是因为()A改变湿度改变湿度B改变温度改变温度C改变磁场改变磁场 D改变电容改变电容1 1 1 1人是一种导体，可以与其他导体构成电容器人是一种导体，可以与其他导体构成电容器手靠近时改变了电容大小手靠近时改变了电容大小第5页/共26页1 1 1 1、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻、光敏电阻特性：特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小光敏电阻对光敏感。当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的也随着改变。一般会随着光照强度的增大增大而电阻值而电阻值减小减小。二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第6页/共26页光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。这个电学量。硫化镉是硫化镉是一种半导体材料，一种半导体材料，无光照时，载流无光照时，载流子极少，导电性子极少，导电性能不好；随着光能不好；随着光照的增强，载流照的增强，载流子也增多，导电子也增多，导电性变好性变好二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第7页/共26页如图所示，如图所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏电阻，当照为光敏电阻，当照射光强度增大时射光强度增大时()A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大R3阻值减小，阻值减小，R1两端电压因干路电流增大而增大两端电压因干路电流增大而增大(电压表的示电压表的示数增大数增大)，同时内电压增大，故电路路端电压减小，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，项正确，D项错误项错误2 2 2 2由路端电压减小，而由路端电压减小，而R1两端电压增大知，两端电压增大知，R2两端电压必减小，两端电压必减小，则则R2中电流减小，故中电流减小，故B项正确项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大率增大第8页/共26页2 2 2 2、热敏电阻、热敏电阻、热敏电阻、热敏电阻特性：特性：热敏电阻的阻值会随着温度的热敏电阻的阻值会随着温度的升高升高而而_，具有负温度系数具有负温度系数减小减小二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第9页/共26页金属热电阻金属热电阻金属热电阻金属热电阻铂电阻铂电阻二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第10页/共26页热敏电阻或金属热电阻：热敏电阻或金属热电阻：把把温度温度这个热学量转换为这个热学量转换为电阻电阻这个这个电学量电学量电阻电阻温度特性曲线温度特性曲线二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第11页/共26页如图所示，如图所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，为负温度系数的热敏电阻，L为为小灯泡，当温度降低时小灯泡，当温度降低时()AR1两端的电压增大两端的电压增大B电流表的示数增大电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱热敏电阻热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小R1两端电压减小，灯两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确正确3 3 3 3第12页/共26页如如右右图图，被被测测物物体体在在左左右右方方向向发发生生位位移移时时，电电介介质质板板随随之之在在电电容容器器两两极极板板之之间间移移动动。物物体体位位移移的的变变化化，就就转换成了电容量的变化。转换成了电容量的变化。3 3 3 3、电容式传感器、电容式传感器、电容式传感器、电容式传感器 电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量为电容这个电学量二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第13页/共26页待测压力待测压力F F固定电极固定电极膜片电极膜片电极传传感感器器是是一一种种采采集集信信号号的的重重要要器器件件，如如图图是是一一种种测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，当当待待测测压压力力F F作作用用于于可可动动膜膜片片产产生生变变形形，引引起起电电容容的的变变化化，若若将将电电容容器器、灵灵敏敏电电流流计计和和电电源串联接成闭合电路，那么（源串联接成闭合电路，那么（）A A当当F F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 4 4 4 4第14页/共26页霍尔元件霍尔元件 在一个很小的矩形半导在一个很小的矩形半导体（如砷化铟）薄片上，制体（如砷化铟）薄片上，制作四个电极作四个电极E、F、M、N就就成为一个霍尔元件。成为一个霍尔元件。霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第15页/共26页霍尔效应霍尔效应 定向移动的电荷受到方向定向移动的电荷受到方向平行于侧面向里的洛伦兹力的平行于侧面向里的洛伦兹力的作用。在这个力的作用下，薄作用。在这个力的作用下，薄片两个侧面上会累积起正负电片两个侧面上会累积起正负电荷。荷。随着电荷积累，在内外侧随着电荷积累，在内外侧面间会形成一个逐渐增强的电面间会形成一个逐渐增强的电场场 定向移动的电荷同时受到定向移动的电荷同时受到洛伦兹力和电场力的作用洛伦兹力和电场力的作用二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第16页/共26页霍尔效应霍尔效应 当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定的电压的电压的电压的电压U UHH。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为。这种现象称为霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做，这个电压叫做霍霍霍霍尔电压尔电压尔电压尔电压二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第17页/共26页霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压可以证明，霍尔电压U UHH：d d薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度薄片的厚度k k霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔系数霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件把把把把磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度这个磁学量转换为这个磁学量转换为这个磁学量转换为这个磁学量转换为电压电压电压电压 这个电学量这个电学量这个电学量这个电学量二、制作传感器常用的敏感元件二、制作传感器常用的敏感元件第18页/共26页如图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，如图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，板内通有如图方向的电流，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则是铜板上、下边缘的两点，则()A电势电势abB电势电势baC电流增大时，电流增大时，|ab|增大增大D其他条件不变，将铜板改为其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样水溶液时，电势结果仍然一样5 5 5 5自由电荷是电子，由左手定则可判断出自由电荷是电子，由左手定则可判断出ab，A对，对，B错错因因|ab|kIB/D，所以电流增大时，所以电流增大时，|ab|增大，增大，C对对若将铜板改为若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转侧偏转|ab|0，即不产生霍尔效应，故，即不产生霍尔效应，故D选项错误选项错误第19页/共26页1用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程下列属于这类传感器的是信号转化为电信号的过程下列属于这类传感器的是()A红外报警装置红外报警装置B走廊照明灯的声控开关走廊照明灯的声控开关C自动洗衣机中的压力传感装置自动洗衣机中的压力传感装置D电饭煲中控制加热和保温的温控器电饭煲中控制加热和保温的温控器遥控器是利用红外线传输信号的遥控器是利用红外线传输信号的 第20页/共26页2.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图现在把如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是确的是()A如果如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B如果如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C如果如果R为热敏电阻为热敏电阻(用半导体材料制作用半导体材料制作)，读数变化非常，读数变化非常明显明显D如果如果R为热敏电阻为热敏电阻(用半导体材料制作用半导体材料制作)，读数变化不明，读数变化不明显显温度升高后，电阻将明显变化温度升高后，电阻将明显变化温度升高后，电阻变大，但不明显温度升高后，电阻变大，但不明显第21页/共26页3电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置由电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置由于电容器的电容于电容器的电容C取决于极板正对面积取决于极板正对面积S、极板间距离、极板间距离d以及极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就能引板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图所示是起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图所示是四个电容式四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是下列说法正确的是()A甲图的传感器可以用来测量角度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的高度乙图的传感器可以用来测量液面的高度C丙图的传感器可以用来测量压力丙图的传感器可以用来测量压力D丁图的传感器只能用来测量速度丁图的传感器只能用来测量速度第22页/共26页4.如图所示，有电流如图所示，有电流I流过长方体金属流过长方体金属块，金属块宽为块，金属块宽为d，高为，高为b，有一磁感，有一磁感应强度为应强度为B的匀强磁场的匀强磁场垂直于纸面向垂直于纸面向里里，金属块单位体积内的自由电子数，金属块单位体积内的自由电子数为为n，问：金属块上、下表面哪面电，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？势高？电势差是多少？由左手定则由左手定则知知上表面聚集负电荷上表面聚集负电荷下表面聚集正电荷下表面聚集正电荷 故下表面电势高故下表面电势高 第23页/共26页1 1、传感器的概念、传感器的概念2 2、传感器的工作原理：、传感器的工作原理：3 3、敏感元件：、敏感元件：（1 1）光敏电阻）光敏电阻 （光电传感器）（光电传感器）（2 2）热敏电阻和热电阻）热敏电阻和热电阻 （温度传感器）温度传感器）（3 3）电容式传感器）电容式传感器 （位移传感器）（位移传感器）（4 4）霍尔元件）霍尔元件 （磁传感器）（磁传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电路转换电路电学量电学量第24页/共26页第25页/共26页