(通用版)2018-2019版高中物理 第三章 傳感器 3.1-3.2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器學(xué)案 教科版選修3-2.doc
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1 傳感器 2 溫度傳感器和光傳感器 [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.了解熱敏電阻、敏感元件的特性.3.了解幾種溫度傳感器及光傳感器的原理. 一、傳感器 1.定義:把被測的非電信息,按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置. 2.組成:一般由敏感元件和處理電路組成. (1)敏感元件:將要測量的非電信息變換成易于測量的物理量,形成電信號. (2)處理電路:將敏感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換成便于顯示、記錄、處理和控制的電學(xué)量. 3.敏感元件的原理 (1)物理類:基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應(yīng); (2)化學(xué)類:基于化學(xué)反應(yīng)的原理; (3)生物類:基于酶、抗體和激素等分子識別功能. 二、溫度傳感器 1.分類 (1)熱雙金屬片溫度傳感器. (2)熱電阻傳感器. (3)熱敏電阻傳感器. ①NTC型:電阻值隨溫度升高而減小. ②PTC型:電阻值隨溫度升高而增大. 2.作用 將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化,通過測量傳感器元件的電學(xué)量隨溫度的變化來實(shí)現(xiàn)溫度的測量. 三、光傳感器 1.原理:某些金屬或半導(dǎo)體材料,在電路中受到光照時(shí),產(chǎn)生電流或電壓,實(shí)現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)化. 2.作用:感知光線的變化或場景的變換,使“機(jī)器”作出反應(yīng). [即學(xué)即用] 1.判斷下列說法的正誤. (1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量.( √ ) (2)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大.( ) (3)干簧管可以感知磁場,接入電路,相當(dāng)于開關(guān)的作用.( √ ) (4)光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱而變化,光照越強(qiáng)電阻越小.( √ ) 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”). 圖1 答案 變小 變亮 一、傳感器 [導(dǎo)學(xué)探究] 當(dāng)你走進(jìn)一座大樓時(shí),大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的? 答案 人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機(jī),實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門. [知識深化] 1.傳感器的原理: → → 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)量的; (3)是如何顯示或控制開關(guān)的. 例1 如圖2是一種測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(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數(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2 答案 見解析 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. 二、溫度傳感器 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖3所示,將多用電表的選擇開關(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)? 圖3 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. [知識深化] 1.溫度傳感器的作用:將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化. 2.常見的溫度傳感器 (1)熱雙金屬片溫度傳感器 ①原理:兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片制成一體,溫度升高時(shí),雙金屬片變形,可控制電路的通斷. ②應(yīng)用:日光燈啟動器,電機(jī)、電冰箱保護(hù)等. (2)熱電阻傳感器 ①原理:用金屬絲制作的感溫電阻叫熱電阻,當(dāng)外界溫度t發(fā)生變化時(shí),其電阻值按R=R0(1+θt)的規(guī)律變化(θ為溫度系數(shù),R0為t=0 ℃時(shí)導(dǎo)體的電阻). ②應(yīng)用:測溫度、測流量等. (3)熱敏電阻傳感器 ①原理:半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化. ②應(yīng)用:測溫、溫度控制或過熱保護(hù)等. ③分類:正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTC),它的電阻隨溫度升高而增大. 負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC),它的電阻隨溫度的升高而減小. 例2 (多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制.如圖4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)( ) 圖4 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兩板間的電場強(qiáng)度減小 D.R1消耗的功率增大 答案 AB 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U=E-Ir,電壓表的讀數(shù)U增大,B正確;又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1變小,D錯誤;電容器兩板間的電壓U2=U-U1,U1=IR1,可知U1變小,U2變大,由場強(qiáng)E′=,Q=CU2可知,Q、E′都增大,故A正確,C錯誤. 三、光傳感器 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖5所示為光電式煙塵濃度計(jì)的原理圖,請閱讀教材,然后簡述其工作原理. 圖5 答案 光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3,分成兩束強(qiáng)度相等的光線.一路光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7上,產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號.另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6上,其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減,煙塵濃度越高,光線的衰減量越大,到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱.兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、U2,如果U1=U2,說明被測的光路上沒有煙塵;相反,如果U1、U2相差較大,說明煙塵較大,因此可用兩者之比,算出被測煙塵的濃度. 例3 (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)( ) 圖6 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 答案 ABC 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小燈泡的電流必增大,故小燈泡的功率增大,C項(xiàng)正確. 含有熱敏電阻、光敏電阻電路的動態(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. 1.(對傳感器的理解)關(guān)于傳感器,下列說法正確的是 ( ) A.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的 B.金屬材料也可以制成傳感器 C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的 D.水銀溫度計(jì)是一種傳感器 答案 B 解析 大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的,某些金屬也可以制成傳感器,如金屬熱電阻,故A錯,B對;傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號”,故C錯;水銀溫度計(jì)能感受熱學(xué)量,但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,因此不是傳感器,故D錯. 2.(光敏電阻的特性)如圖7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中間用擋板(未畫出)隔開,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,下列說法中正確的是( ) 圖7 A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時(shí),L消耗的功率增大 B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時(shí),L消耗的功率減小 C.當(dāng)滑動觸頭P向右移動時(shí),L消耗的功率可能不變 D.無論怎樣移動滑動觸頭P,L消耗的功率都不變 答案 A 解析 滑動觸頭P左移,滑動變阻器接入電路的電阻減小,流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強(qiáng),使光敏電阻R減小,最終達(dá)到增大流過燈泡的電流的效果. 3.(熱敏電阻的特性)如圖8所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖,現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?,關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是( ) 圖8 A.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變大,且變化非常明顯 B.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變小,且變化不明顯 C.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化非常明顯 D.如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化不明顯 答案 C 解析 如果R為金屬熱電阻,則讀數(shù)變大,但不會非常明顯,故A、B均錯;如果R為熱敏電阻,讀數(shù)變化非常明顯,故C對,D錯.- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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