物理3-2人教版 精编习题 含详解答案 第六章第一节传感器及其工作原理.doc

第六章　传感器 第一节　传感器及其工作原理 [学习目标]　1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义．　2.知道将非电学量转化为电学量的意义．　3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用． 一、什么是传感器(阅读教材第52页第1段至第3段) 1．定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件． 2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制． 拓展延伸———————————————————(解疑难) 1．敏感元件：相当于人的感觉器官，直接感受被测量，并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量，如温度、位移等． 2．转换元件：也称为传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出． 3．转换电路：是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流等． 4．传感器的工作原理 1.为解决楼道里的照明问题，在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路连接．当楼道内有人走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器是什么传感器，它的输入、输出信号各是什么？ 提示：它是声电传感器，输入的是声信号，输出的是电信号． 二、光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻 (阅读教材第53页至第54页) 1．光敏电阻 (1)原理：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好． (2)作用：把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量． 2．金属热电阻 金属的电阻率随着温度的升高而增大．用金属丝制作温度传感器，称为热电阻． 3．热敏电阻 有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻． 拓展延伸———————————————————(解疑难) 1．热敏电阻随温度的变化非常明显，而金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差． 2．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量． 2.(1)有光照射时，光敏电阻的阻值变大．(　　) (2)热敏电阻在温度升高时阻值变小．(　　) (3)金属热电阻在温度升高时阻值变小．(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 三、霍尔元件(阅读教材第55页第1段至第4段) 1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件． 2．原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)． 3．霍尔电压：UH＝k，d为薄片厚度，k为霍尔系数，一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比． 4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量． 拓展延伸———————————————————(解疑难) 外部磁场的洛伦兹力使运动的载流子在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压：UH＝k.UH的变化与B成正比是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因． 3.(1)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出．(　　) (2)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关．(　　) (3)霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√ 光敏电阻、热敏电阻的特性 [学生用书P66] 　此类题目主要考察光敏电阻或热敏电阻在电路中对电路的电压、电流的影响，解决问题时注意光照对光敏电阻阻值的影响或温度对热敏电阻阻值的影响． ———————————(自选例题，启迪思维) 1.(2015·山东省实验中学高二检测)火灾多发季节，某同学根据学习的传感器知识设计了如图所示的火警报警系统原理图，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 314t (V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻．当传感器R2所在处出现火情时，以下说法中正确的是(　　) A．A1的示数不变，A2的示数增大 B．A1的示数增大，A2的示数增大 C．V1的示数增大，V2的示数增大 D．V1的示数不变，V2的示数减小 [思路探究]　当出现火情时，R2的阻值如何变化？ [解析]　出现火情时，温度升高，R2减小，由于变压器原副线圈的电