学高中物理传感器传感器及其工作原理新人教选修.pptx

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1、1传感器(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_，并能 把 它 们 按 照 一 定 的 规 律 转 换 为 电 压、电 流 等 _，或 转 换 为_的元件(2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行_、传输、_和_非电学量电学量电路的通断测量处理控制第1页/共49页2光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻_(2)原因：无光照时，载流子极_，导电性能_；随着光照的增强，载流子_，导电性_(3)作用：把_这个光学量转换为_这个电学量越小少不好增多变好光照强弱电阻第2页/共49页有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时

2、，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用第3页/共49页1传感器一定是把非电学量转换为电路的通断()2干簧管是作为电控元件以实现自动控制的()3光敏电阻本身就是一种传感器()第4页/共49页热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻特点特点电阻率随温度升高而电阻率随温度升高而_电阻率随温度升高电阻率随温度升高而而_制作材料制作材料_优点优点灵敏度好灵敏度好化学稳定性好，测化学稳定性好，测量范围大量范围大作用作用将将_这个热学量转换为这个热学量转换为_这个电学量这个电学量减小增大半导体金

3、属温度电阻第5页/共49页热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？【提示】不一定，有的随温度的升高而增大(PTC元件)，有的随温度的升高而减小(NTC元件)第6页/共49页1热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏()2半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化()3金属热电阻的温度升高时电阻升高()第7页/共49页1构造很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N.第8页/共49页正 第9页/共49页3作用把_这个磁学量转换为_这个电学量 磁感应强度电压第10页/共49页如图612所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N、M两侧面电势的高

4、低 图612【提示】对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N，N侧面聚集负电荷，电势较低，M侧面带正电荷，电势较高，即MN.第11页/共49页 第12页/共49页预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4第13页/共49页学生分组探究一传感器的工作原理及分类第1步探究分层设问，破解疑难1传感器是起什么作用的元件？【提示】传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件第14页/共49页2夜晚，楼道里漆黑一片但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭这其中的奥妙是什么？【提

5、示】在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器声光延时开关第15页/共49页第2步结论自我总结，素能培养1传感器的工作原理敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量第16页/共49页2光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比元件元件产生变化的原因产生变化的原因光敏光敏电阻电阻半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小增多，于是导电性明显地增强，电阻减小热敏热敏电阻电阻

6、对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小霍尔霍尔元件元件霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作时，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的方向漂移，在另用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在另两极上形成电压两极上形成电压第17页/共49页第3步例

7、证典例印证，思维深化如图613所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IUt关系曲线图第18页/共49页将该热敏电阻连入如图614所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1250.由热敏电阻的IUt关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为_.图614第19页/共49页【思路点拨】IU图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小第20页/共49页【答案】5.3108.8第21页/共49页第4步巧练精选习题，落实强化1(2014日照高二检测)如图615所示，由电源、小灯泡、金属

8、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是()图615第22页/共49页A小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化【解析】温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱【答案】C第23页/共49页2(2014扬州中学高二检测)如图616所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，下列描述正确的是()AR1两端的电压增大B电流表的示数增大C小灯泡的亮度变强图616D小灯泡的亮度变弱

9、第24页/共49页【解析】R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电路中电流减小，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错【答案】C第25页/共49页学生分组探究二电容式传感器第1步探究分层设问，破解疑难1平行板电容器的电容与哪些因素有关？第26页/共49页2电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？【提示】极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律第27页/共49页

10、第2步结论自我总结，素能培养常见电容式传感器名称名称传感器传感器原理原理测定角度测定角度的的电容式传感器电容式传感器当动片与定片之间当动片与定片之间的角度的角度发生变化发生变化时，引起极板正对时，引起极板正对面积面积S的变化，使的变化，使电容电容C发生变化发生变化知道知道C的变化，就的变化，就可以知道可以知道的变化的变化情况情况第28页/共49页测定液体测定液体深度深度h的的电容式传电容式传感器感器导线芯和导电液体构成电容器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度物质就是电介质，液体深度h发发生变化时，引起正对面积发生生变化时，引起

11、正对面积发生变化，使电容变化，使电容C发生变化知发生变化知道道C的变化，就可以知道的变化，就可以知道h的变的变化情况化情况测定压力测定压力F的电容的电容式传感器式传感器待测压力待测压力F作用于可动膜片电作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离使极板间距离d发生变化，引起发生变化，引起电容电容C的变化知道的变化知道C的变化，的变化，就可以知道就可以知道F的变化情况的变化情况第29页/共49页测定位移测定位移x的电容式传的电容式传感器感器随着电介质进随着电介质进入极板间的长入极板间的长度发生变化，度发生变化，电容电容C发生变化发生变化知道知道C的变化，的变化

12、，就可以知道就可以知道x的的变化情况变化情况第30页/共49页第3步例证典例印证，思维深化传感器是一种采集信息的重要器件，如图617是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；第31页/共49页若电流表有示数，说明压力F发生变化；若电流表有示数，说明压力F不会发生变化A B C D第32页/共49页电容器电容C变大，根据QCU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法正确；若电流表有示数，说明电容

13、器有充放电，极板带电量发生变化，根据QCU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法正确故A项正确【答案】A第33页/共49页电容式传感器可以将非电学量(如：介质的变化、距离的变化、正对面积的变化)转化为电信号，根据这一原理，利用电容式传感器也可以测定距离、面积等物理量，如果板间距离的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容式传感器测压力电容式传感器实际上是一个多功能传感器，可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点第34页/共49页第4步巧练精选习题，落实强化1如图618所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、

14、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线位置推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)()第35页/共49页A向右偏到某一刻度后回到零刻度B向左偏到某一刻度后回到零刻度C向右偏到某一刻度后不动D向左偏到某一刻度后不动第36页/共49页第37页/共49页2如图619所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成 一 个 电 容 器

15、，a、b通 过 导 线 与 恒 定 电 源 两 极 相 接 声 源 S做 位 移 xAsin(100t)的振动，则()Aa振动过程中，a、b板间的电场强度不变Ba振动过程中，a、b板所带电荷量不变Ca振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流第38页/共49页Da向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大第39页/共49页传感器问题中的电路动态分析技巧分析该类问题时，关键要做到以下四点：1如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化2如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化3如果是其他元件引起的电路变化可

16、具体问题具体分析第40页/共49页4结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化第41页/共49页(多选)(2014宿迁高二检测)如图6110所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A电压表的示数增大BR2中电流强度增大C小灯泡的功率增大D电源的路端电压降低图6110第42页/共49页第43页/共49页先看名师指津 1掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电阻的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提2掌握动态直流电路问题的分析程序是解决此类问题的关键具体如下：(1)“先阻后流”，即先分析内电阻变化，然后根据闭合电路

17、欧姆定律分析干路电流变化情况；(2)“先内后外”，即先分析内电压变化，再分析外电压变化；第44页/共49页(3)“先干后支”，即先分析干路再分析并联支路；(4)“先定后变”，即先分析定值电阻上的电流、电压变化，再分析电阻发生变化的敏感元件上的电流与电压第45页/共49页再演练应用(2014珠海检测)如图6111是一火灾报警装置的一部分电路示意图，图6111其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比()第46页/共49页AI变大，U变大BI变小，U变小CI变小，U变大 DI变大，U变小【解析】当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2电阻减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压UabEIr减小，I(rR1)增大，U并EI(rR1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2II3增大，D项对【答案】D第47页/共49页第48页/共49页感谢您的观看。第49页/共49页