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(cè)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(wú)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(kù)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(cè)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(cè)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(guò)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(cè)和遙控系統(tǒng)使用;對(duì)宇航員的各種生理狀態(tài)的測(cè)量有生理傳感器,如測(cè)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(lái)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(guò)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(chǎng)中,當(dāng)恒定電流I通過(guò)金屬板時(shí),金屬板的左右側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)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(chǎng)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(chǎng);橫向電場(chǎng)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(shì)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(shuō)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(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C.在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)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(shuō)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(shuō)法正確的是( ) A.無(wú)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng);橫向電場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)測(cè)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(cè)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(jiǎn)易檢測(cè)裝置,檢測(cè)圖乙收音機(jī)揚(yáng)聲器附近的磁場(chǎng)分布情況. 檢測(cè)的結(jié)果是 . (3)怎樣用霍爾元件制成的磁場(chǎng)檢測(cè)器來(lái)粗略檢測(cè)磁場(chǎng)中某處磁感線的方向?說(shuō)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(chǎng)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(shì)差越大,表示該區(qū)域磁場(chǎng)較強(qiáng);離揚(yáng)聲器越遠(yuǎn)的區(qū)域,電勢(shì)差越小,表示該區(qū)域磁場(chǎng)較弱. (3)當(dāng)磁場(chǎng)檢測(cè)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,