2018年河北省邢台市高中物理 第六章 传感器 6.1 传感器及其工作原理1学案（无答案）新人教版选修3-2.docVIP

6.1 传感器及其工作原理 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 [问题设计] 如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭． 图1 盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？ [要点提炼] 1．干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个制成的簧片． 图2 作用：在电路中起到开关的作用，它是一种能够的传感器． 2．传感器定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，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)，或转换为电路的的元件． 3．非电学量转换为电学量的意义：把转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和． 4．在分析传感器时要明确： (1)核心元件是什么； (2)是怎样将非电学量转化为电学量的； (3)是如何显示或控制开关的． 二、光敏电阻 [问题设计] 在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？ 图3 [要点提炼] 1．光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻． 2．原理：无光照时，极少，导电性能；随着的增强，载流子，导电性变好． 3．特点：光照越强，电阻越． 4．作用：把这个光学量转换为这个电学量． 三、热敏电阻和金属热电阻 [问题设计] 如图4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 图4 [要点提炼] 1．热敏电阻：用电阻随温度变化非常明显的材料如(氧化锰)制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻． (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻． (2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻． 2．金属热电阻：金属的电阻率随温度而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成传感器，称为热电阻． 3．热敏电阻和金属热电阻都能够把这个热学量转换为这个电学量．金属热电阻的稳定性好，测温范围，但较差． 四、霍尔元件 [问题设计] 如图5所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向移动，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH.试推导其表达式． 图5 [要点提炼] 1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极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的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受和二力平衡． 3．作用：霍尔电压UH＝k(d为薄片的厚度，k为霍尔系数)．其中与成正比，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为这个电学量． 4．霍尔电势高低的判断方法 由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向． 一、对传感器的认识 例1 如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置． 图6 其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端． (1)若把一只电压表接在c、d之间当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)． (2)将电压表接在b、c之间，当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)． 二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用 例2 如图7所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( ) 图7 A．电压表的示数增大B．R2中电流减小 C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大 三、对霍尔元件的认识及应用 例3 如图8所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)( ) 图8 A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的