1傳感器及其工作原理,第六章傳感器,學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解什么是傳感器，感受傳感技術(shù)在信息時(shí)代的作用與意義.2.知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理及作用.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),自主預(yù)習(xí),一、傳感器及工作原理1.傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個(gè)物理量(通常是電壓、電流等量)，或轉(zhuǎn)換為電路的的元件.2.非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和.,物理,電學(xué),通斷,控制,非電學(xué)量,二、光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理1.當(dāng)半導(dǎo)體材料受到或者溫度時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為電子，同時(shí)也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng).2.光敏電阻是用材料(如硫化鎘)制成的.它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越.它能夠把這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為這個(gè)電學(xué)量.,光照,升高,自由,半導(dǎo)體,小,光照強(qiáng)弱,電阻,三、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)1.熱敏電阻：用材料制成.可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻.(1)正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻.(2)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻.2.金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成傳感器，稱(chēng)為熱電阻.,半導(dǎo)體,增大,升高,減小,溫度,四、霍爾元件的特點(diǎn)1.霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時(shí)，載流子所受和二力平衡.2.霍爾電壓：UHk(d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)).其中的變化與成正比，所以霍爾元件能把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量.,電場(chǎng)力,洛倫茲力,B,UH,即學(xué)即用1.判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.()(2)光敏電阻的阻值隨光照的強(qiáng)弱而變化，光照越強(qiáng)電阻越大.()(3)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作，導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng)，但靈敏度低.()(4)霍爾元件一共有兩個(gè)電極，電壓這個(gè)電學(xué)量就通過(guò)這兩個(gè)電極輸出.(),答案,2.如圖1所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)，電流表的讀數(shù)_(填“變大”或“變小”)，小燈泡的亮度_(填“變亮”或“變暗”).,答案,圖1,變小,變亮,重點(diǎn)探究,導(dǎo)學(xué)探究干簧管結(jié)構(gòu)：如圖2所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片，接入圖3電路，當(dāng)條形磁鐵靠近干簧管時(shí)：,一、傳感器,答案燈泡會(huì)亮，因?yàn)楫?dāng)條形磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通.,圖2圖3,(1)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？,答案,(2)干簧管的作用是什么？,答案干簧管起到開(kāi)關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器.,圖2圖3,答案,知識(shí)深化1.傳感器的原理：,非電學(xué)量,傳感器(敏感元件、轉(zhuǎn)換器件、轉(zhuǎn)換電路),電學(xué)量,2.在分析傳感器時(shí)要明確(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開(kāi)關(guān)的.,解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時(shí)，R增大，電壓表的示數(shù)增大.把電壓表接在c、d之間，油量增加時(shí)，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)減小.,例1如圖4是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置.其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端.在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫(huà)出)，通過(guò)觀察電壓表示數(shù)可以了解油量情況.若將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)如何變化？,圖4,答案見(jiàn)解析,答案,解析,導(dǎo)學(xué)探究在工廠生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖5所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么？,二、光敏電阻,圖5,答案,答案當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過(guò)一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計(jì)數(shù)一次.,例2(多選)如圖6所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大,圖6,解析,答案,解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，由閉合電路歐姆定律知，干路電流增大，R1兩端電壓增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤.因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確.結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確.,導(dǎo)學(xué)探究如圖7所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中央.若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？,三、熱敏電阻和金屬熱電阻,圖7,答案,答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右偏.,例3(多選)在溫控電路中，通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制.如圖8所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器.當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)A.電容器C的帶電荷量增大B.電壓表的讀數(shù)增大C.電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D.R1消耗的功率增大,圖8,答案,解析,解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，R2變大，電路的總電阻變大，由I知I變小，又UEIr，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩板間的電壓U2UU1，U1IR1，可知U1變小，U2變大，由場(chǎng)強(qiáng)E，QCU2可知Q、E都增大，故A正確，C錯(cuò)誤.,含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動(dòng)態(tài)分析步驟1.明確熱敏電阻(或光敏電阻)的阻值隨溫度(或光照強(qiáng)度)的增加是增大還是減小.2.分析整個(gè)回路的電阻的增減、電流的增減.3.分析部分電路的電壓、電流如何變化.,導(dǎo)學(xué)探究如圖9所示，在矩形半導(dǎo)體薄片E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則M、N間會(huì)出現(xiàn)電壓，稱(chēng)為霍爾電壓UH.(1)分析為什么會(huì)出現(xiàn)電壓.,四、霍爾元件,圖7,答案,答案薄片中的載流子在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)了電壓.,(2)試推導(dǎo)UH的表達(dá)式.,圖7,答案,答案設(shè)薄片厚度為d，EF方向長(zhǎng)度為l1，MN方向長(zhǎng)度為l2，受力分析如圖當(dāng)洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，M、N間電勢(shì)差達(dá)到穩(wěn)定.,再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式InqvS，Sl2d,令k，其中n為材料單位體積的載流子的個(gè)數(shù)，q為單個(gè)載流子的電荷量，它們均為常數(shù).則有,知識(shí)深化霍爾電勢(shì)高低的判斷方法：利用左手定則，即磁感線垂直穿入手心，四指指向電流方向，拇指指的方向?yàn)檩d流子的受力方向，若載流子是正電荷，則拇指所指的面為高電勢(shì)面，若載流子是負(fù)電荷，則拇指所指的面為低電勢(shì)面.,例4如圖10所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí)，導(dǎo)體的上、下表面的電勢(shì)的關(guān)系(上板為M，下板為N)是A.M>NB.MNC.MN.故選A.,答案,解析,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(對(duì)傳感器的理解)在電梯門(mén)口放置一障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)電梯門(mén)不停地開(kāi)關(guān)，這是由于在電梯門(mén)上裝有的傳感器是A.光傳感器B.溫度傳感器C.聲傳感器D.磁傳感器,答案,1,2,3,4,解析滑動(dòng)觸頭P左移，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，流過(guò)二極管的電流增大，從而發(fā)光增強(qiáng)，使光敏電阻R減小，最終達(dá)到增大流過(guò)燈泡的電流的效果.,2.(光敏電阻的特性)如圖11所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，R和L之間用擋板(未畫(huà)出)隔開(kāi)，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED間距不變，下列說(shuō)法中正確的是A.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C.當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D.無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變,圖11,答案,解析,1,2,3,4,解析R2與燈泡L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，然后與電流表、電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)熱敏電阻R2溫度降低時(shí)，它的電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈泡L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，A、B、D均錯(cuò)誤.,3.(熱敏電阻的特性)如圖12所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)A.R1兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強(qiáng)D.小燈泡的亮度變?nèi)?答案,解析,圖12,1,2,3,4,4.(霍爾元件的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用)(多選)如圖13所示是霍爾元件的示意圖，一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中，銅板的前、后板面垂直于磁場(chǎng)，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn)，則A.電勢(shì)abB.電勢(shì)baC.僅電流增大時(shí)，|ab|增大D.其他條件不變，將銅板改為NaCl溶液時(shí)，電勢(shì)結(jié)果仍然一樣,答案,解析,圖12,1,2,3,4,解析銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反，由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以ba，B正確，A錯(cuò)誤；因|ab|k，所以電流增大時(shí)，|ab|增大，C正確；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負(fù)離子均向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，|ab|0，即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，故D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,