（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題四 傳感器 4.1 傳感器及其工作原理課件 新人教版選修3-2.ppt

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4 1傳感器及其工作原理 一 什么是傳感器1 傳感器的定義 能夠感受諸如力 光 聲 化學(xué)成分等物理量 并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于 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 溫度 傳送 電學(xué) 通斷 非電學(xué)量 控制 思考判斷 1 傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 2 傳感器可以把力學(xué)量 如形變量 轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 3 傳感器可以把熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 4 傳感器可以把光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 5 傳感器可以把電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 二 光敏電阻1 特點(diǎn) 光照越強(qiáng) 電阻 2 原理 無(wú)光照時(shí) 載流子少 導(dǎo)電性能 隨著光照的增強(qiáng) 載流子 導(dǎo)電性 3 作用 把 這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量 越小 不好 增多 變好 光照強(qiáng)弱 電阻 思考判斷 1 光敏電阻的阻值隨光線的強(qiáng)弱變化 光照越強(qiáng)電阻越小 2 有光照在光敏電阻上 電阻上的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng) 3 光敏電阻的阻值只會(huì)隨人造光的強(qiáng)弱而變化 不能感知自然光的變化 三 熱敏電阻和金屬熱電阻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 稱為熱電阻 半導(dǎo)體 增大 減小 升高 溫度 思考判斷 1 熱敏電阻在溫度升高時(shí)阻值變小 2 金屬熱電阻在溫度升高時(shí)阻值變小 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 金屬熱電阻隨溫度的升高導(dǎo)電能力增強(qiáng) 它的化學(xué)穩(wěn)定性好 測(cè)量范圍大 5 熱敏電阻和金屬熱電阻都能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 四 霍爾元件1 霍爾電壓 正 圖12 作用把 這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量 電壓 磁感應(yīng)強(qiáng)度 思考判斷 1 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 2 把霍爾元件放入磁場(chǎng)中 由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象 在元件的電極間產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3 霍爾電壓與組成霍爾元件的材料無(wú)關(guān) 5 霍爾元件可以感知磁感應(yīng)強(qiáng)度 對(duì)傳感器的理解 1 傳感器的組成和工作流程 1 傳感器的組成 敏感元件 相當(dāng)于人的感覺(jué)器官 是傳感器的核心部分 是利用材料的某種敏感效應(yīng) 如熱敏 光敏 壓敏 力敏 濕敏等 制成的 轉(zhuǎn)換元件 將敏感元件輸出的與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件 要點(diǎn)歸納 轉(zhuǎn)換電路 將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量 如電壓 電流 電阻等或電路的通斷 2 傳感器的工作流程 2 傳感器的原理 傳感器感受的通常是非電學(xué)量 如力 溫度 位移 濃度 速度 酸堿度等 而輸出的通常是電學(xué)量 如電壓 電流 電荷量等 這些輸出的信號(hào)是非常微弱的 通常需要經(jīng)過(guò)放大后 再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作 例1 如圖2所示 是電容式話筒的示意圖 它是利用電容制成的傳感器 話筒的振動(dòng)膜前面有薄薄的金屬層 膜后距膜幾十微米處有一金屬板 振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極 在兩極間加一電壓U 人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí) 振動(dòng)膜前后振動(dòng) 使電容發(fā)生變化 從而使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 其中導(dǎo)致電容變化的原因是電容器兩板間的 圖2 精典示例 A 距離變化B 正對(duì)面積變化C 電介質(zhì)變化D 電壓變化解析振動(dòng)膜前后振動(dòng) 使振動(dòng)膜上的金屬層與金屬板間的距離發(fā)生變化 從而將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 故選項(xiàng)A正確 答案A 針對(duì)訓(xùn)練1 當(dāng)你走近某些賓館 酒樓的大門時(shí) 門就會(huì)自動(dòng)為你打開 當(dāng)你走進(jìn)門之后 門又在你身后自動(dòng)關(guān)上 你覺(jué)得這可能是將下列哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息 A 溫度B 運(yùn)動(dòng)C 人D 光線解析自動(dòng)門的自動(dòng)控制要求靈敏 可靠 若以溫度控制 人的體溫與夏季氣溫接近 則在夏季自動(dòng)門將無(wú)法使用 自動(dòng)門實(shí)際使用的是紅外線傳感器 紅外線屬于不可見光 人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線 傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動(dòng)控制裝置的電動(dòng)機(jī) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開 關(guān)門 故選項(xiàng)D正確 答案D 對(duì)敏感元件的認(rèn)識(shí) 光敏電阻 熱敏電阻 霍爾元件特點(diǎn)對(duì)比 要點(diǎn)歸納 例2 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3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3A 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 精典示例 答案AB 例3 如圖4所示 將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上 將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋 用光照射光敏電阻時(shí) 表針自左向右的偏角為 現(xiàn)用手掌擋住部分光線 表針自左向右的偏角為 則可判斷 A B C D 不能確定解析光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小 用手掌擋住部分光線 阻值變大 由歐姆擋的特點(diǎn)知 指針左偏 故指針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度變小 故選項(xiàng)B正確 答案B 圖4 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 或光線強(qiáng)弱 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 例4 多選 如圖5所示是霍爾元件的示意圖 一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中 板面垂直于磁場(chǎng) 板內(nèi)通有如圖所示方向的電流 a b是銅板上 下邊緣的兩點(diǎn) 則 圖5A 電勢(shì) a bB 電勢(shì) b aC 電流增大時(shí) a b 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AC 針對(duì)訓(xùn)練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) 圖6A 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 1 傳感器的理解 多選 下列說(shuō)法正確的是 A 傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)B 干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器C 傳感器不是電視遙控接收器的主要元件D 傳感器是把力 溫度 光 聲 化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要工具解析傳感器的任務(wù)就是采集信息 選項(xiàng)A正確 干簧管的主要構(gòu)造是由平時(shí)不接觸的兩個(gè)極易被磁化的軟鐵片組成的 它們靠近磁場(chǎng)時(shí)被磁化后相互吸引而接觸 選項(xiàng)B正確 由傳感器的定義知 選項(xiàng)D正確 答案ABD 2 傳感器的應(yīng)用 有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī) 洗手后將濕手靠近 機(jī)內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱 有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出 將濕手烘干 手靠近干手機(jī)能使傳感器工作 是因?yàn)?A 改變濕度B 改變溫度C 改變磁場(chǎng)D 改變電容解析根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征 手靠近干手機(jī)電熱器工作 手撤離后電熱器停止工作 人是一種導(dǎo)體 可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器 手靠近時(shí)相當(dāng)于連接一個(gè)電容器 可以確定干手機(jī)內(nèi)設(shè)有電容式傳感器 由于手的靠近改變了電容大小 故選項(xiàng)D正確 用濕度和溫度來(lái)驅(qū)動(dòng)電熱器工作 理論上可行 但是假如干手機(jī)是由于溫度 濕度的變化工作就成了室內(nèi)烘干機(jī) 選項(xiàng)A B C錯(cuò)誤 答案D 3 傳感器的理解 多選 美國(guó)科學(xué)家Willards Boyle與GeorgeE Smith因電荷耦合器件 CCD 的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器 下列器件可作為傳感器的有 A 發(fā)光二極管B 熱敏電阻C 霍爾元件D 干電池解析傳感器是指能夠感受諸如力 溫度 光 聲 化學(xué)成分等非電學(xué)量 并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓 電流等電學(xué)量的元件 發(fā)光二極管是電學(xué)元件 是電能轉(zhuǎn)換成光能的元件 不是傳感器 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 干電池是一種電源 不是傳感器 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 熱敏電阻受熱時(shí) 其電阻會(huì)發(fā)生變化 能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量 是傳感器 選項(xiàng)B正確 霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量 是傳感器 選項(xiàng)C正確 答案BC 4 熱敏電阻和金屬熱電阻的特性 熱敏電阻常用于溫度控制或過(guò)熱保護(hù)裝置中 如圖7為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖 由圖可知 這種熱敏電阻在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力 選填 增強(qiáng) 或 減弱 相對(duì)金屬熱電阻而言 熱敏電阻對(duì)溫度變化的響應(yīng)更 選填 敏感 或 不敏感 解析由R t圖象可知 該熱敏電阻的阻值R在溫度上升時(shí)變小 因此其導(dǎo)電能力增強(qiáng) 該熱敏電阻相對(duì)于金屬熱電阻而言 對(duì)溫度變化的響應(yīng)更敏感 答案增強(qiáng)敏感 圖7