教案传感器及其工作原理(共11页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第六章传感器全章教学内容分析随着科学技术的发展，传感器的应用越来越普及。传感器技术是当今世界一项令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一。这部分内容也是课程标准中“在课程内容上体现时代性”的一个标志。传感器的种类很多，教材中介绍的是一些工作原理和使用方法比较简单的常见传感器，主要目的是使学生对传感器知识有一个初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。本章内容可分为三个单元，第一单元为第1节，介绍传感器及其工作原理；第二单元包括第2、3节，介绍常见传感器的应用；第三单元为第4节，是常见传感器的应用实验研究。知识板块及知识结构:传感器原理传感器应用传感器实验。知识结构图定义：把

2、非电学量转化为电学量的一类仪器。工作原理：非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量热敏电阻和金属热电阻温度传感器光敏电阻光传感器霍尔元件霍尔传感器力传感器（电子秤）声传感器（话筒）温度传感器（电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器）光传感器（鼠标器、火警报警器、光控开关）敏感元件应用传感器教学目标1知识与技能(1)知道非电学量转换成电学量的技术意义。知道在现代信息技术与自动控制中为什么要将非电学量转换成电学量。(2)通过具体事例，了解电学量便于控制、便于处理(放大、衰减和波形整理等)、便于显示和储存，也便于远距离传输等技术方面的优点。(3)知道常见传感器的工作原理。知道传感器是由敏感元件、电子线路与

3、控制电路等组成的。2过程与方法(1)用热敏电阻、光敏电阻、驻极体话筒等常用元器件做实验，了解传感器是怎样把非电学量转换成电学量的。(2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是怎样应用到技术中，实现信息采集或自动控制的。(3)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置。(4)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例。(5)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习与拓展相关的知识和技能。3情感、态度与价值观(1)在探究传感器工作原理的活动中拓展思维方式，增强创新意识。(2)与同学或家庭其他成员合作设计简单的自动控制装置，明确角色意识，体验合作的重要意义。(3)

4、通过收集传感器的应用实例，体会传感器技术与生产生活的息息相关性。(4)对传感器技术、经济效益进行调查分析，关注物理与生活、技术及社会发展的紧密联系，体会“物理技术社会”的STS思想。学情分析我们身边的传感器很多，引导学生从物理学角度认识身边的传感器，容易引起学生的浓厚兴趣，同时，很多创新设计或头脑奥林匹克竞赛都涉及传感器的应用，充分利用这些有利条件，可以对学生的长远发展产生深远的影响。教学要求与建议1突出体现传感器与科学、技术、社会的关系。传感器已经广泛地应用到现代的生产和生活的诸多方面，成为进行测量和控制不可缺少的元件；传感器的应用在促进现代社会的发展中起了重要的作用；传感器技术中所包含的物

5、理原理，可以使学生对科学与技术的关系有更全面和深入的体会。2理论联系实际，培养分析具体事物的能力，学习制作控制电路的技能。以传感器的原理和使用为主线，让学生综合运用物理知识来认识它们的工作原理，培养学生认识和分析实际问题的能力。3以点带动，全面开花。老师一般对本章相关知识不太熟悉，教学中可以选取一两个具体实例深入研究，带动学生领会研究方法，探索相关结论，让学生经历一两个实例的突破过程，树立自信心，然后放手让学生研究其余内容，形成兴趣浓厚、没有负担的氛围。课时分配建议1传感器及其工作原理2课时2传感器的应用(一)2课时3传感器的应用(二)1课时4传感器的应用实验2课时第一节传感器及其工作原理教材

6、分析本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原理。这是本章第一节内容，侧重点在让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来学习新知识。传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件。传感器的设计和使用中涉及相当多的物理学知识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物理教学中一项重要任务和内容，也是新课改中心思想的重要体现。传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，并介绍三种制作传感器

7、所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础。为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是非常必要的。教学目标：1.知识与技能：知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验，知道常见传感器的工作原理；初步探究利用和设计简单的传感器.2.过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新

8、的乐趣，激发学习物理的兴趣. 重点和难点1.几种常见传感器的工作原理（演示实验）；2.学生自己设计简单的传感器. 一课题的引入【演示实验1】干簧管控制电路的通断ABSN如图，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. 师问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）SN图6.1-2 干簧管师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。探明原因：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，电路导通。所以，干簧管能起到开关的作用。师

9、点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。【演示实验2】声光控开关控制电路的通断先在普通光照条件下，再把开关置于黑暗环境中。二什么是传感器？师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有一个专门的名称：传感器。什么是传感器呢？它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。其实，传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感器

10、。请大家相互说说看，你家里，或者在你的生活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传感器？图6.1-3 各种传感器各种温度传感器力传感器色标传感器当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启动，而当温度低于设定值时，制冷系统又会自动停止。冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现的烟雾，通过电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器。其他如宾馆洗手间的墙壁上干手机的湿度传感器、电视机里换频

11、道的红外传感器、电饭锅的温控开关、养鸡场里的孵化器、交警用来测驾驶员是否酒后开车的酒精气体测试仪、磁悬浮列车里的加速度测试器、电容式话筒里的电容式传感器、自动洗衣机里的压力传感器等等.可以说，传感器的广泛使用，丰富了我们的生活，使我们的生活更加方便、安全和舒适。师：为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们就来看几个实际的例子。三光敏电阻图6.1-4 光敏电阻 有一些物质,例如硫化镉,电阻率与所受光照的强度有关。把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(图6.4)，这样就制成了一个光敏电阻。硫化镉表面受到的光照强度不同时，两个电极间的电阻也不一样。【演示实验3】比较光敏

12、电阻在不同光照条件下的电阻之不同学生完成：两人一组，用万用电表（由投影仪投出表盘）的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在室内自然光的照射下和用手掌遮光时进行。甲. 光敏电阻在暗环境下电阻值很大 乙. 强光照射下电阻值很小 图6.1-5 观察光敏电阻的特性 学生总结实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。师生总结：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。（师）工作原理：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。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。学生自学：科学漫步半导体的导电

13、机理四金属热电阻和热敏电阻师问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？生答：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如白炽灯钨丝的电阻在正常工作情况下比常温下的电阻大得多。师生总结：用金属丝可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。 RT12O图6.1-7 电阻-温度特性曲线1-金属导线 2.热敏电阻 【演示实验4】热敏电阻随温度的升高电阻减小学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的电阻值。学生探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。投影电阻R随温度变化

14、的图线师生总结1：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。师生总结2：金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。五、霍尔元件图6.1-9 霍尔元件的工作原理BMNEFIUH师：1879年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。人们把这样的现象称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电压。人们利用霍尔效应做成了霍尔元件。如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成。若在E、F间通入恒定的

15、电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。图6.1-10师生共析：由上式看，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成正比。也就是说：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。因此，我们可以把霍尔元件放置在某一未知的磁场中，通过测定霍尔电压U的变化得知该磁场磁感应强度的变化。请同学们用前面学习过的磁场的知识推导霍尔元件的电压与磁感应强度的关系推导过程：已知：假设霍尔元件中形成电流的是正电荷，霍尔元件厚

16、度为d，宽度为l，通入的电流为I，单位体积内正电荷的个数为n，正电荷的带电量为q。， 令 得：式中的d为薄片的宽度，k为霍尔系数，它的大小与制作材料有关。由式子可以看出如果保证k、d、I恒定，则霍尔电压U的变化就与B成正比。范例精析【例1】电容式传感器定片甲金属芯线电介质导电液体乙h压力F固定电极可动电极丙极板电介质丁x动片极板电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素如果某一物理量（如角度、位移s、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器图甲是用来测

17、定角度的电容式传感器当动片与定片之间的角度发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化知道C的变化，就可以知道的变化情况图乙是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化知道C的变化，就可以知道h的变化情况图丙是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，就可以知道F的变化情况。图丁是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，就可以知道x的变化情况实

18、际中有各种各样的传感器它们都是根据各种物理效应设计而成的，我们在初中学过，导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素，由此可以制成电阻式传感器，用来测定压力、温度等物理量Rt欧姆表【例2】如图所示，将多用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间若往R t上擦一些酒精，表针将向_（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向_（填“左”或“右”）移动。答案：左 右分析：若往R t上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻R t温度降低，电阻值增大

19、，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻R t温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏A组能力训练题1关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ABD ）A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B硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好D半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好2为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为 传感器，它输入的是 信号，经传感器转换后，输出的是 信号。答：声电

20、声音电定片动片3如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。答：角度增大，正对面积减小，电容器电容变小导线芯线绝缘物质导电液体h4如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容器的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ A ）Ah增大 Bh减小 Ch不变 D无法确定5霍尔元件能转换哪两个量（ B ）A把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C把力转换为电压这个

21、电学量D把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量压力F固定电极可动电极6传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力F发生变化D若电流计有示数，则压力F不发生变化答案：BC解析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。RG欧姆表7.如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RG的两端相连，这时

22、表针恰好指在刻度盘的正中间若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向_（填“左”或“右”）转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向_（填“左”或“右”）转动。答案：左 右解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，电流越大，所以将RG包裹起来电阻增大，电流减小，指针向左偏，反之向右偏8.如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器，它是将_转化为_来进行测量的.答：温度，电阻9.如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于“”挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为

23、，则可判断 （ B ）A. = B. D. 不能确定和 的关系10如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时(C)AR1两端的电压增大AR1R2E rLB电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强D小灯泡的亮度变弱答：R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路总电阻增大，总电流减小，电流表读数减小，并联电路电压U=E-I(R1+r) 增大，小灯泡的亮度变强，灯 L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故 C正确，其余各项均错B组能力训练题1.如图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

24、基本工作原理是 ( B D )R1R2信号处理系统A. 当有光照射R1时,信号处理系统获得较高电压B. 当有光照射R1时,信号处理系统获得较低电压C. 信号处理系统每获得一次较低电压就计数一次D. 信号处理系统每获得一次较高电压就计数一次2.如图所示：定片甲金属芯线电介质导电液体乙h压力F固定电极可动电极丙极板电介质丁x动片极板图甲是测量角度的电容式传感器，原理是由于CS，动片与定片间的角度发生变化时，引起S的变化，通过测出C的变化，测量动片与定片间的夹角。图乙是测量液面高度h的电容式传感器，原理是由于CS，h发生变化，金属芯线和导电液体组成的电容发生变化，通过测定C的变化，可以测量液面高度h

25、 的变化。 图丙是测量 压力F 的电容式传感器，原理是由于C1/d，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过测出C的变化，测量压力F的变化。图丁是测量 位移x 的电容式传感器，原理是由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出C的变化，测量位移x的变化。图4v压敏电阻REA（a）Itt1t2t30（b）3.(2007年广东卷8)、压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图4（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图4（b）所示，下列判断正确的是

26、 ( )A从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动答：D解：从t1到t2时间内，电流随时间均匀增大，表明回路的电阻逐渐减小，压敏电阻对绝缘重球的压力逐渐增大，由牛顿第二定律，小车运动的加速度逐渐增大，故选项AB错。从t2到t3时间内，电流值不变且比前面时间的电流大，表明回路的电阻不变且比前面时间的电阻小，压敏电阻对绝缘重球的压力N=ma为恒定值且比前面时间的压力大，小车如果做匀速直线运动，则压敏电阻对绝缘重球的压力为0，故选项C错D正确。ADBCRRP甲乙L4.如图所示为用

27、热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路,电源乙与恒温箱加热器（图中未画出）相连接则（B D）A当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端0滑块滑杆标尺5.(2001年全国卷8)惯性制导系统已广泛应用于弹道导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计.加速度计的构造原理的示意图如图所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的

28、另一端与固定壁相连.滑块原来静止，弹簧处于自然长度.滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导，设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离0点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度 （ ）A方向向左，大小为ks/mB方向向右，大小为ks/mC方向向左，大小为2ks/mD方向向右，大小为2ks/m0s答：D解：滑块向左偏离0点的距离s时，左边弹簧压缩s，对滑块产生向右的弹力为ks，右边弹簧伸长s，对滑块产生向右的弹力为ks，滑块受到向右的合力为2ks，这段时间内导弹的加速度2 ks/m ，选项D正确。ecab6. 用如图示的电磁继电器设计一个由光敏电阻来控制路灯的实验电路。

29、要求是：光暗时灯亮，光亮时灯灭。可供选择的器材如下：光敏电阻、小灯泡、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。ecab220V解：光敏电阻受到光照射时电阻变小 ，将光敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端，如图示： 将交流电源与路灯接入c、e之间。光暗时光敏电阻值大，ab间电流小，磁性弱，ce处于闭合，灯亮。 光亮时，光敏电阻值小， ab间电流大，磁性强，吸住衔铁，电路ce处断开，灯灭。 图1U/VI/mA0123456710203040507.（2003年上海卷18）图1为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。为了通过测

30、量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图_；简要说明理由：_。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100）。在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_。VA图3VA图2R1R29V图4A热敏电阻举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。答： 图2；电压可从0V调到所需电压，调节范围较大。5.2；111.8（111.6112.0）热敏温度计解: 定值电阻R1中通过的电流I1=U/ R1=9/250=0.036A=36mA, 电阻R2中的电流I2=

31、IA- I1=70-36=34 mA，由图1得 UR=5.2V， R2 =(U-UR) / I2=(9-5.2) / 0.034=111.8 8.某同学为一城市设计路灯自动控制电路。路灯要求在白天自动熄灭，而晚上自动开启。请你利用所学过的传感器的有关知识在下图中帮他连接好这个自动控制电路。火线零线光敏电阻火线零线光敏电阻答：如右图示9.( 2000年全国理综卷29). 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的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板上侧面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U、电流I和B的关系为.AhdI

32、BA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集在导体板的一侧，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是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为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(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)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数

33、为 ，其中n代表导体单位体积中电子的个数.hAAIev解：（1）由题知电流是由电子向左的定向移动形成，电子在导体板中定向移动时要受洛仑兹力，由左手定则知电子向上侧移动，使得上侧出现多余负电荷，而下侧出现多余正电荷，形成两侧之间的电势差。结果上侧的电势低于下侧A的电势。（2）由洛仑兹力公式知电子所受洛仑兹力的大小为 f=Bev（3）上、下两侧面可以看成是平行的，其间的电场认为是匀强电场，由匀强电场知其场强E=U/h所以电子所受静电力 F电= Ee = e U/h（4）因电子达到稳定，电场力与洛仑兹力平衡， F电=f，即e U/h =Bev得U=hvB，且通过导体的电流强度I=nevdh将U及I的

34、表达式代入U=kI B/d ，得k=1/ne10. (2010年理综北京卷23).利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。霍尔元件永磁体(共m个)图2UH图1lBIIdacfbt01234P-1UHP图3如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式 其中比例

35、系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。dysz（1）设半导体薄片的宽度（c、f间距）为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图1中c、f哪端的电势高；（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式。（通过横截面积S的电流InevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率）；（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。a若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。b利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。解：（1） c端电势高（2）由 得 当电场力与洛伦兹力相等时 eEH=evB得 EH=vB 又 I=nevS 将、代入得 （3）a由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，则 P=mNt圆盘转速为 b提出的实例或设想合理即可。专心-专注-专业