高中物理 3.3 傳感器的應(yīng)用課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,一、生活中的傳感器 電飯煲、電冰箱、空調(diào)機(jī)等與溫度控制相關(guān)的家用電器都要用到溫度傳感器;自動(dòng)門、家電遙控器、非接觸紅外測溫儀以及防盜、防火報(bào)警器,均使用了紅外線傳感器;另外還有照相機(jī)中的光敏傳感器、家用便攜式電子秤的壓力傳感器等.,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,二、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 無人管理的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)利用了濕度傳感器;自動(dòng)化溫室種植中,溫室的自動(dòng)控溫就是在傳感器的幫助下實(shí)現(xiàn)的;現(xiàn)代糧庫采用了溫度傳感器和濕度傳感器.,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,三、工業(yè)生產(chǎn)中的傳感器 生產(chǎn)安全中,如將一種埋入式光纖傳感器安置在大橋或水壩中,隨時(shí)可以監(jiān)控大橋或水壩的裂痕等安全隱患;在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,如數(shù)控機(jī)床中的位移測量裝置就是利用高精度位移傳感器(如光柵傳感器)對(duì)位移測量,從而實(shí)現(xiàn)精密加工.,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,四,四、飛向太空的傳感器 飛機(jī)保持一定飛行高度,當(dāng)飛機(jī)高度變化時(shí),大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)發(fā)出與給定高度的差值信號(hào),并通過自動(dòng)駕駛儀操縱升降舵,使飛機(jī)恢復(fù)給定高度;在運(yùn)載火箭、載人飛船中,應(yīng)用了傳感器供遙測和遙控系統(tǒng)使用;對(duì)宇航員的各種生理狀態(tài)的測量有生理傳感器,如測量血壓、心電圖、體溫等. 試列舉傳感器在生活中的應(yīng)用. 答案：溫度傳感器:用于冰箱、空調(diào)的自動(dòng)溫度控制;壓力傳感器:用于電子秤等.,,,,,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,一、常用的幾種傳感器 1.電容式位移傳感器 它利用運(yùn)動(dòng)物體附帶的電介質(zhì)板在電容器內(nèi)部插入的多少來改變電容器的電容,從而把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量,再通過電容的變化引起電壓變化. 2.霍爾元件,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,如圖所示,厚度為d的金屬板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)恒定電流I通過金屬板時(shí),金屬板的左右側(cè)面出現(xiàn)電勢差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).要是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上制作四個(gè)電極E、F、M、N,就成為一個(gè)霍爾元件.霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量.外部磁場使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力,在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集,在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的另一種電荷,從而形成橫向電場;橫向電場對(duì)載流子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板左右兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定的電壓.,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,3.雙金屬片溫度傳感器 把兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片貼合在一起,制成一條雙金屬片,當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),因?yàn)閮煞N金屬片受熱的量不一樣而發(fā)生彎曲,使電路的開關(guān)完成閉合或斷開的動(dòng)作.在日光燈啟動(dòng)器和電熨斗中都有這種雙金屬片溫度傳感器.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 如圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器做成的溫控電路,設(shè)繼電器的線圈電阻為Rx=50 Ω,當(dāng)繼電器線圈中的電流大于或等于Ic(Ic=20 mA)時(shí),繼電器的銜鐵被吸合.左側(cè)電源電動(dòng)勢為6 V,內(nèi)阻可不計(jì),試問溫度滿足什么條件時(shí),電路右側(cè)的小燈泡會(huì)發(fā)光?,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：50 ℃,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(雙選)如圖是霍爾元件的工作原理示意圖.如果用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對(duì)于一個(gè)霍爾元件,d、k為定值,如果保持電流I恒定,則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況,以下說法中正確的是( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51130050) A.將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí),UH將變小 B.在測定地球兩極的磁場強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C.在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：BD,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、傳感器的應(yīng)用 1.溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋 電飯鍋中的控溫元件是感溫鐵氧體,它是由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成.其特點(diǎn)是常溫下具有鐵磁性,能夠被磁體吸引,溫度達(dá)到約103 ℃,失去鐵磁性,該溫度稱為“居里溫度”或“居里克”. 電飯鍋的結(jié)構(gòu)如圖所示.開始煮飯時(shí),用手壓下開關(guān)按鈕,永磁體與感溫磁體相吸,手松開后,按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài),則觸點(diǎn)接通,電熱板通電加熱,水沸騰后,由于鍋內(nèi)保持100 ℃不變,故感溫磁體仍與永磁體相吸,繼續(xù)加熱,直到飯熟后,水分被大米吸收,鍋底溫度升高,當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)”時(shí),感溫磁體失去鐵磁性,在彈簧作用下,永磁體被彈開,觸點(diǎn)分離,切斷電源,從而停止加熱.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,如果用電飯鍋燒水,在水沸騰后因?yàn)樗疁乇３衷?00 ℃,故不能自動(dòng)斷電,只有水燒干后,溫度升高到103 ℃才能自動(dòng)斷電.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.聲傳感器的應(yīng)用——話筒 話筒的作用是把聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào).電容式話筒的原理如圖所示,Q是絕緣支架,薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器,被直流電 源充電.當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí),電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流,于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓.,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 (多選)關(guān)于電飯鍋的說法,正確的是( ) A.電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是氧化鐵 B.鐵氧體在常溫下具有鐵磁性,溫度很高時(shí)失去鐵磁性 C.用電飯鍋燒水,水開時(shí)能自動(dòng)斷電 D.用電飯鍋煮飯時(shí),若溫控開關(guān)自動(dòng)斷電后,它不能自動(dòng)復(fù)位 解析：電飯鍋中的溫度傳感器其主要元件是感溫鐵氧體,它是由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成.其特點(diǎn)是常溫下具有鐵磁性,能夠被磁體吸引,溫度達(dá)到約103 ℃,就失去鐵磁性.水沸騰后,由于鍋內(nèi)保持100 ℃不變,故感溫磁體仍與永磁體相吸,繼續(xù)加熱,直到飯熟后,水分被大米吸收,鍋底溫度升高,當(dāng)溫度升至103 ℃時(shí),感溫鐵氧體失去鐵磁性,在彈簧作用下,永磁體被彈開,觸點(diǎn)分離,它不能自動(dòng)復(fù)位,切斷電源,從而停止加熱。 答案：BD,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(多選)關(guān)于話筒,下列說法正確的是( ) A.無論動(dòng)圈式話筒、電容式話筒,還是駐極體話筒,作用都相同,都將聲波這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了電壓或電流這個(gè)電學(xué)量 B.電容式話筒和駐極體話筒的原理相同,都是聲波的變化引起電容變化,進(jìn)而引起輸出電壓的變化 C.動(dòng)圈式話筒利用通電線圈在磁場中受安培力振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲向電的轉(zhuǎn)化 D.因?yàn)轳v極體話筒價(jià)格便宜、靈敏度高,會(huì)場大都使用駐極體話筒,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,答案：AB 解析：動(dòng)圈式話筒利用金屬薄膜的振動(dòng)帶動(dòng)線圈在磁場中運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.雖然駐極體話筒價(jià)格便宜、靈敏度高,但是駐極體話筒的功率太小,而且保真度較差,所以會(huì)場一般不使用駐極體話筒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,知識(shí)鏈接,案例探究,規(guī)律方法:霍爾元件 1.霍爾元件 如圖所示,在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上,制作四個(gè)電極E、F、M、N,它就成為一個(gè)霍爾元件.霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量. 2.霍爾電壓 (1)其中d為薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),其大小與薄片的材料有關(guān). (2)一個(gè)霍爾元件的厚度d、霍爾系數(shù)k為定值,再保持I恒定,則UH的變化就與B成正比,因此霍爾元件又稱磁敏元件.,知識(shí)鏈接,案例探究,3.霍爾效應(yīng)的原理 外部磁場使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力,在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集,在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的另一種電荷,從而形成橫向電場;橫向電場對(duì)載流子施加于洛倫茲力方向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板左右兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定的電壓,設(shè)圖中MN方向長度為l2,則q =qvB. 根據(jù)電流的微觀解釋,I=nqSv,,知識(shí)鏈接,案例探究,(1)如圖甲所示,將霍爾元件的BD端與多用電表的最靈敏端相連(由于霍爾電壓很小,把它直接加在電流表兩端,通過測量電流的變化,就可以知道電壓的變化,也可用數(shù)字多用電表直接測量霍爾電壓),電源E(6~12 V)與可變電阻R(470 Ω)串聯(lián)后連到霍爾元件的AC端,用以輸入控制電流,R的滑動(dòng)端置于中間位置.將條形磁鐵的磁極靠近霍爾元件H,觀察多用電表指針讀數(shù)的變化.,知識(shí)鏈接,案例探究,保持霍爾元件H與條形磁鐵磁極的相對(duì)位置不變,改變R的大小,再觀察多用電表指針讀數(shù)的變化. 由此得出,霍爾電壓與 有關(guān).,乙 (2)使用這個(gè)簡易檢測裝置,檢測圖乙收音機(jī)揚(yáng)聲器附近的磁場分布情況. 檢測的結(jié)果是 . (3)怎樣用霍爾元件制成的磁場檢測器來粗略檢測磁場中某處磁感線的方向?說出你的判斷依據(jù).,知識(shí)鏈接,案例探究,解析：(1)因?yàn)榛魻栯妷篣H=k ,所以在磁場及元件厚度不變的情況下,霍爾電壓只與電流I成正比,即霍爾電壓與電流的強(qiáng)弱有關(guān). (2)離揚(yáng)聲器越近的區(qū)域,電勢差越大,表示該區(qū)域磁場較強(qiáng);離揚(yáng)聲器越遠(yuǎn)的區(qū)域,電勢差越小,表示該區(qū)域磁場較弱. (3)當(dāng)磁場檢測器移動(dòng)到某一位置,調(diào)整方位,如果這時(shí)的霍爾電壓最大,則該處磁感線的方向與霍爾元件的工作面垂直,因?yàn)榛魻栯妷号c磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比. 答案：見解析,