高中物理《傳感器及其工作原理》學(xué)案7（新人教版選修3-2）

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111 傳感器及其工作原理 一、要點掃描 1、對傳感器的認(rèn)識 傳感器是把非電學(xué)物理量（如位移、速度、壓力、溫度、濕度、流量、聲強(qiáng)、光照度等）轉(zhuǎn)換成易于測量、傳輸、處理的電學(xué)量或電路的通斷的一種組件，即轉(zhuǎn)換時可以分成兩類：一類是模擬量，如電阻、電壓、電流等，便于計量，光敏電阻就屬于這一類；另一類是開關(guān)量，如電路的通與斷，便于實現(xiàn)控制的功能，干簧管就屬于這一類。 2、幾種常見傳感器元器件 （1）光敏電阻 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化，能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。 （2）熱敏電阻 熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。 熱敏電阻與金屬熱電阻的異同： 金屬熱電阻 熱敏電阻 阻值隨溫度的變化關(guān)系 隨溫度升高阻值變大 一般隨溫度升高阻值變小 制作材料 金屬 半導(dǎo)體（金屬氧化物） 優(yōu)點 化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大 靈敏度高 缺點 靈敏度差 化學(xué)穩(wěn)定性差，范圍小 1 2 0 T R 圖1 圖1為電阻——溫度特性圖線，其中1為金屬電阻，2為熱敏電阻?？梢钥闯?，熱敏電阻的阻值隨溫度變化非常明顯。 圖2 （3）霍爾元件 MN間的霍爾電壓 ，其中k、d為定值，若保持I恒定，則UH的變化就與B成正比，即能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。 （4）電容器 電容器的電容C決定于極板的正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素。如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，則通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，即能夠?qū)⑵渌锢砹哭D(zhuǎn)換成電容這個電學(xué)量。 圖4 圖3 圖5 圖6 改變S測角度θ 改變S測高度h 改變d測壓力F 改變ε測位移x （5）滑動變阻器 如果某一物理量（如質(zhì)量、位移等）的變化能引起滑動觸頭的移動，從而改變觸頭與其中一端的電阻或電壓的變化，，通過測量電阻或電壓，就能測定上述物理量的變化，即能夠?qū)⑵渌锢砹哭D(zhuǎn)換成電阻或電壓這些電學(xué)量。 二、典例解析 圖7 【例1】　如圖7所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆檔”，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”移動）；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”移動）． 【解析】熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化．阻值隨溫度的升高而增大的我們稱之為正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)．阻值隨溫度的升高而減小的我們稱之為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC)，若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減少，歐姆表的表盤刻度最右側(cè)為0Ω，最左側(cè)為最大值，所以指針應(yīng)該向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減少，電流增大，指針向右偏 【答案】　左　右 【例2】　如圖8所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是 圖8 A． 當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B． 當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 C． 信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D． 信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次 【解析】光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，當(dāng)光照射到光敏電阻R1上時，R1電阻減小，電路中電流增大．R2兩端電壓升高，信號處理系統(tǒng)得到高電壓，計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，從而達(dá)到自動計數(shù)目的，由以上分析選項A、C正確． 【答案】　A C 【例3】如圖10所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場中，當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時，導(dǎo)體的上下表面的電勢有什么關(guān)系 A UM > UN B UM = UN 圖10 C UM < UN D 無法判斷 【解析】霍爾效應(yīng)形成的原因是因為帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的作用，做定向移動形成的。在金屬導(dǎo)體中能夠自由移動的是電子，電子帶負(fù)電荷，根據(jù)左手定則，電子受到向下的洛倫茲力作用，向N板運(yùn)動，則M板剩下正電荷，所以UM > UN。 【答案】　A 111