最新高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修ppt课件.ppt

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1、学年高中物理学年高中物理 第六章第六章 传感器传感器 1 1 传感器及其工作原理课件传感器及其工作原理课件 新人教新人教版选修版选修1 传感器及其工作原理传感器及其工作原理学学习习目目标标1.了了解解什什么么是是传传感感器器，感感受受传传感感技技术术在在信信息息时时代代的的作作用用与与意意义义.2.知知道道将将非非电电学学量量转转化化为为电电学学量量的的意意义义.3.了了解解光光敏敏电电阻阻、热热敏敏电电阻阻和和霍霍尔尔元元件件的的性性能能，知知道道其其工作原理及作用工作原理及作用1热热敏敏电电阻阻是是用用金金属属铂铂制制成成的的，它它对对温温度度的的感感知知很很灵灵敏敏()2半半导导体体制制

2、成成的的热热敏敏元元件件温温度度升升高高时时电电阻阻大大幅幅度度变变化化()3金属金属热电热电阻的温度升高阻的温度升高时电时电阻升高阻升高()1构造构造很很小小的的矩矩形形半半导导体体薄薄片片上上，制制作作四四个个电电极极E、F、M、N.正正 3作用作用把把_这这个个磁磁学学量量转转换换为为_这这个个电电学学量量 磁感应强度磁感应强度电压电压如如图图612所示所示为为矩形金属薄片，矩形金属薄片，水平放入水平放入竖竖直向下的磁直向下的磁场场中，当中，当电电流的方向如流的方向如图图所示所示时时，试试分析分析N、M两两侧侧面面电势电势的高低的高低 图图612【提提示示】对对于于金金属属薄薄片片，真真

3、正正参参与与导导电电的的是是电电子子，当当通通如如题题图图所所示示的的电电流流时时，电电子子沿沿电电流流的的反反方方向向移移动动，因因此此受受到到的的洛洛伦伦兹兹力力指指向向N，N侧侧面面聚聚集集负负电电荷荷，电电势势较较低低，M侧面带正电荷侧面带正电荷，电势较高电势较高，即即MN.预预习习完完成成后后，请请把把你你认认为为难难以以解解决决的的问问题题记记录录在在下下面面的表格中的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4学生分学生分组组探究一探究一传感器的工作原理及分类传感器的工作原理及分类第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，破解疑难1传传感器是起什么作用的元件？感器是起什么作

4、用的元件？【提提示示】传传感感器器是是一一种种将将非非电电学学量量转转换换为为电电学学量量的的元件元件2夜夜晚晚，楼楼道道里里漆漆黑黑一一片片但但随随着着我我们们的的脚脚步步声声响响，楼楼道道的的灯灯亮亮了了，身身后后的的灯灯则则依依次次熄熄灭灭这这其其中中的的奥奥妙妙是是什什么？么？【提提示示】在在电电路路中中安安装装了了一一种种能能将将声声、光光信信号号转转换换为电信号的传感器为电信号的传感器声光延时开关声光延时开关第第2步步结论结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养1传感器的工作原理传感器的工作原理敏敏感感元元件件：相相当当于于人人的的感感觉觉器器宫宫，直直接接感感受受被被测测量量并并

5、将其将其转换转换成与被成与被测测量成一定关系的易于量成一定关系的易于测测量的物理量量的物理量2光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比光敏电阻、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电阻阻半半导导体材料受到的光照增体材料受到的光照增强强时时，会有更多的，会有更多的电电子子获获得能量成得能量成为为自由自由电电子，同子，同时时空穴增多，即空穴增多，即载载流子数流子数增多，于是增多，于是导电导电性明性明显显地增地增强强，电电阻减小阻减小热热敏敏电电阻阻对对于于负负温度系数的温度系数的热热敏敏电电阻，温度升高阻，温度升高时时，有更多，有更多的的电电子子获获得能量成

6、得能量成为为自由自由电电子，同子，同时时空穴增多，即空穴增多，即载载流子数增多，于是流子数增多，于是导电导电性明性明显显地增地增强强，电电阻减小阻减小霍霍尔尔元件元件霍霍尔尔元件两极元件两极间间通入恒定的通入恒定的电电流，同流，同时时外加与薄片外加与薄片垂直的磁垂直的磁场场B时时，薄片中的，薄片中的载载流子就在洛流子就在洛伦兹伦兹力的作力的作用下，向着与用下，向着与电电流和磁流和磁场场都垂直的方向漂移，在另都垂直的方向漂移，在另两极上形成两极上形成电压电压第第3步例步例证证典例印证典例印证，思维深化思维深化如如图图613所所示示为为某某一一热热敏敏电电阻阻(电电阻阻值值随随温温度度的的改改变变

7、而改而改变变，且，且对对温度很敏感温度很敏感)的的IUt关系曲关系曲线图线图将将该该热热敏敏电电阻阻连连入入如如图图614所所示示电电路路中中，电电源源电电压压恒恒为为9 V，电电流流表表读读数数为为70 mA，定定值值电电阻阻R1250.由由热热敏敏电电 阻阻 的的 IUt关关 系系 曲曲 线线 可可 知知，热热 敏敏 电电 阻阻 两两 端端 的的 电电 压压 为为_V；电电阻阻R2的阻的阻值为值为_.图图614【思思路路点点拨拨】IU图图线线中中，图图线线的的斜斜率率表表示示电电阻阻的的倒倒数数，从从图图甲甲可可看看出出，该该图图线线的的斜斜率率逐逐渐渐增增大大，故故可可知知其其阻阻值随着

8、温度升高而减小值随着温度升高而减小【答案】【答案】5.3108.8第第4步巧步巧练练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1(2014日照高二检测日照高二检测)如如图图615所示，由所示，由电电源、小灯泡、金属源、小灯泡、金属电电阻阻丝丝、开关、开关组组成的成的电电路中，当路中，当闭闭合开关合开关S后，小灯泡正常后，小灯泡正常发发光，若用酒光，若用酒精灯加精灯加热电热电阻阻丝时丝时，发现发现小灯泡亮度小灯泡亮度变变暗，暗，发发生生这这一一现现象象的主要原因是的主要原因是()图图615A小灯泡的小灯泡的电电阻阻发发生了生了变变化化B小灯泡灯小灯泡灯丝丝的的电电阻率随温度阻率随温度发发生了生了变变化

9、化C电电阻阻丝丝的的电电阻率随温度阻率随温度发发生了生了变变化化D电电源的源的电压电压随温度随温度发发生了生了变变化化【解解析析】温温度度升升高高，金金属属电电阻阻丝丝电电阻阻率率增增大大，电电阻阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱【答案】【答案】C2(2014扬扬州州中中学学高高二二检检测测)如如图图616所所示示，R1为为定定值值电电阻阻，R2为为负负温温度度系系数数的的热热敏敏电电阻阻，L为为小小灯灯泡泡，当当温温度度降低降低时时，下列描述正确的是，下列描述正确的是()AR1两端的两端的电压电压增大增大B电电流表的示数增大流表的示数增大C小灯泡的亮度小灯

10、泡的亮度变变强强图图616D小灯泡的亮度小灯泡的亮度变变弱弱【解解析析】R2与与灯灯L并并联联后后与与R1串串联联，与与电电源源构构成成闭闭合合电电路路当当温温度度降降低低时时，电电阻阻R2增增大大，外外电电路路电电阻阻增增大大，电电路路中中电电流流减减小小，外外电电路路电电压压增增大大，电电流流表表读读数数减减小小，R1两两端端电电压压减减小小，灯灯L电电压压增增大大，灯灯泡泡亮亮度度变变强强，故故C正正确确，其余各项均错其余各项均错【答案】【答案】C学生分学生分组组探究二探究二电容式传感器电容式传感器第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，破解疑难1平行板平行板电电容器的容器的电电容

11、与哪些因素有关？容与哪些因素有关？2电电容容式式传传感感器器是是如如何何实实现现将将非非电电学学量量转转化化为为便便于于测测量的量的电电学量的？学量的？【提提示示】极极板板正正对对面面积积及及两两极极板板间间距距离离的的变变化化、电电介介质质插插入入极极板板间间深深度度的的变变化化，会会引引起起电电容容器器电电容容的的变变化化，通通过过测测定定电电容容的的变变化化就就可可以以得得出出引引起起电电容容变变化化的的非非电电学学量量的变化规律的变化规律第第2步步结论结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养常见电容式传感器常见电容式传感器名称名称传感器传感器原理原理测测定角度定角度的的电电容式容式传传

12、感器感器当当动动片与定片之片与定片之间间的角度的角度发发生生变变化化时时，引起极板正，引起极板正对对面面积积S的的变变化，使化，使电电容容C发发生生变变化化知道知道C的的变变化，就化，就可以知道可以知道的的变变化化情况情况测测定液体定液体深度深度h的的电电容式容式传传感器感器导线导线芯和芯和导电导电液体构成液体构成电电容器容器的两个极，的两个极，导线导线芯外面的芯外面的绝缘绝缘物物质质就是就是电电介介质质，液体深度，液体深度h发发生生变变化化时时，引起正，引起正对对面面积发积发生生变变化，使化，使电电容容C发发生生变变化知化知道道C的的变变化，就可以知道化，就可以知道h的的变变化情况化情况测测

13、定定压压力力F的的电电容容式式传传感器感器待待测压测压力力F作用于可作用于可动动膜片膜片电电极上的极上的时时候，膜片候，膜片发发生形生形变变，使极板使极板间间距离距离d发发生生变变化，引起化，引起电电容容C的的变变化知道化知道C的的变变化，化，就可以知道就可以知道F的的变变化情况化情况测测定位移定位移x的的电电容式容式传传感器感器随着随着电电介介质进质进入极板入极板间间的的长长度度发发生生变变化，化，电电容容C发发生生变变化化知道知道C的的变变化，化，就可以知道就可以知道x的的变变化情况化情况第第3步例步例证证典例印证，思维深化典例印证，思维深化传传感感器器是是一一种种采采集集信信息息的的重重

14、要要器器件件，如如图图617是是由由电电容容器器作作为为传传感感器器来来测测定定压压力力变变化化的的电电路路，当当待待测测压压力力作作用用于膜片于膜片电电极上极上时时，下列，下列说说法中正确的是法中正确的是()若若F向下向下压压膜片膜片电电极，极，电电路中路中有从有从a到到b的的电电流；流；若若F向下向下压压膜片膜片电电极，极，电电路中路中有从有从b到到a的的电电流；流；若若F向下向下压压膜片膜片电电极，极，电电路中不会有路中不会有电电流流产产生；生；若若电电流表有示数，流表有示数，说说明明压压力力F发发生生变变化；化；若若电电流表有示数，流表有示数，说说明明压压力力F不会不会发发生生变变化化

15、A B C D电电容容器器电电容容C变变大大，根根据据QCU知知，极极板板带带电电量量将将增增大大，电电容容器器充充电电，电电路路中中有有从从b到到a的的电电流流，说说法法正正确确；若若电电流流表表有有示示数数，说说明明电电容容器器有有充充放放电电，极极板板带带电电量量发发生生变变化化，根根据据QCU知知，电电容容器器电电容容C发发生生变变化化，从从而而判判断断出出作作用用在在可可动动膜膜片片电电极极上上的的压压力力F发发生生变变化化，说说法法正正确确故故A项正确项正确【答案】【答案】A电电容容式式传传感感器器可可以以将将非非电电学学量量(如如：介介质质的的变变化化、距距离离的的变变化化、正正

16、对对面面积积的的变变化化)转转化化为为电电信信号号，根根据据这这一一原原理理，利利用用电电容容式式传传感感器器也也可可以以测测定定距距离离、面面积积等等物物理理量量，如如果果板板间间距距离离的的变变化化是是由由压压力力引引起起的的，那那么么也也可可以以利利用用电电容容式式传传感感器器测测压压力力电电容容式式传传感感器器实实际际上上是是一一个个多多功功能能传传感感器器，可可用用来来做做压压力力、转转角角、位位移移、压压强强、声声音音等等传传感感器器，电电容容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点式传感器具有体积小、反应灵敏等优点第第4步巧步巧练练精选习题，落实强化精选习题，落实强化1如如图图618所

17、所示示为为测测定定压压力力的的电电容容式式传传感感器器，将将平平行行板板电电容容器器、灵灵敏敏电电流流表表(零零刻刻度度在在中中间间)和和电电源源串串联联成成闭闭合合回回路路，当当压压力力F作作用用于于可可动动膜膜片片电电极极上上时时，膜膜片片发发生生形形变变，引引起起电电容容的的变变化化，导导致致灵灵敏敏电电流流表表指指针针偏偏转转，在在对对膜膜片片开开始始施施加加压压力力使使膜膜片片电电极极从从图图中中的的虚虚线线位位置置推推到到图图中中实实线线位位置置并并保保持持固固定定的的过过程程中中，灵灵敏敏电电流流表表指指针针偏偏转转情情况况为为(电电流流从从电电流表正接流表正接线线柱流入柱流入时

18、时指指针针向右偏向右偏)()A向右偏到某一刻度后回到零刻度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向右偏到某一刻度后不动动D向左偏到某一刻度后不向左偏到某一刻度后不动动2如如图图619所所示示的的电电路路可可将将声声音音信信号号转转化化为为电电信信号号，该该电电路路中中右右侧侧固固定定不不动动的的金金属属板板b与与能能在在声声波波驱驱动动下下沿沿水水平平方方向向振振动动的的镀镀有有金金属属层层的的振振动动膜膜a构构成成一一个个电电容容器器，a、b通通过过导导线线与与恒恒定定电电源源两两极极相相接接声声源源S做做位位移移xAsi

19、n(100t)的振的振动动，则则()Aa振振动过动过程中，程中，a、b板板间间的的电场电场强强度不度不变变Ba振振动过动过程中，程中，a、b板所板所带电带电荷量不荷量不变变Ca振振动动过过程程中中，灵灵敏敏电电流流表表中中始始终终有有方方向向不不变变的的电电流流Da向向右右的的位位移移最最大大时时，a、b板板所所构构成成的的电电容容器器的的电电容最大容最大传感器问题中的电路动态分析技巧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：分析该类问题时，关键要做到以下四点：1如如果果涉涉及及光光敏敏电电阻阻，必必须须明明确确光光照照情情况况怎怎样样变变化化，从而判断出其阻值的变化从

20、而判断出其阻值的变化2如如果果涉涉及及热热敏敏电电阻阻，必必须须明明确确是是正正温温度度系系数数还还是是负负温温度度系系数数的的热热敏敏电电阻阻及及温温度度变变化化情情况况，从从而而判判断断其其阻阻值值的的变化变化3如如果果是是其其他他元元件件引引起起的的电电路路变变化化可可具具体体问问题题具具体体分分析析4结结合合电电路路结结构构特特点点及及局局部部阻阻值值的的变变化化，根根据据闭闭合合电电路的欧姆定律等路的欧姆定律等规规律分析有关物理量的律分析有关物理量的变变化化(多多选选)(2014宿宿迁迁高高二二检检测测)如如图图6110所所示示，R1、R2为为定定值值电电阻阻，L为为小小灯灯泡泡，R

21、3为为光光敏敏电电阻阻，当当照照射射光光强强度度增增大大时时()A电压电压表的示数增大表的示数增大BR2中中电电流流强强度增大度增大C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电电源的路端源的路端电压电压降低降低图图6110先看名师指津先看名师指津 1掌掌握握热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值随随温温度度变变化化的的规规律律和和光光敏敏电电阻阻的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提2掌掌握握动动态态直直流流电电路路问问题题的的分分析析程程序序是是解解决决此此类类问问题题的关键具体如下：的关键具体如下：(1)“先先阻阻后后流流”，即即先先分分析析内内电电阻阻变变化

22、化，然然后后根根据据闭闭合合电路欧姆定律分析干路电流变化情况；电路欧姆定律分析干路电流变化情况；(2)“先先内内后后外外”，即即先先分分析析内内电电压压变变化化，再再分分析析外外电电压压变化；变化；(3)“先干后支先干后支”，即先分析干路再分析并，即先分析干路再分析并联联支路；支路；(4)“先先定定后后变变”，即即先先分分析析定定值值电电阻阻上上的的电电流流、电电压压变变化，再分析化，再分析电电阻阻发发生生变变化的敏感元件上的化的敏感元件上的电电流与流与电压电压再演练应用再演练应用(2014珠珠海海检检测测)如如图图6111是是一一火火灾灾报报警警装装置置的的一一部部分分电电路示意路示意图图，

23、图图6111其中其中R2是半是半导导体体热热敏敏传传感器，它的感器，它的电电阻随温度升高而阻随温度升高而减小，减小，a、b接接报报警器当警器当传传感器感器R2所在所在处处出出现现火情火情时时，电电流表的流表的电电流流I和和a、b两端两端电压电压U与出与出现现火情前相比火情前相比()AI变变大，大，U变变大大BI变变小，小，U变变小小CI变变小，小，U变变大大 DI变变大，大，U变变小小【解解析析】当当传传感感器器R2所所在在处处出出现现火火情情时时，温温度度升升高高，R2电电阻阻减减小小，电电路路的的总总电电阻阻减减小小，总总电电流流I增增大大，路路端端电电压压UabEIr减减小小，I(rR1)增增大大，U并并EI(rR1)减减小小，通通过过R3的电流的电流I3减小，通过减小，通过R2的电流的电流I2II3增大，增大，D项对项对【答案】【答案】D