2017-2018学年高中物理选修3-2全一册学案(19份)人教课标版7(汇教案).docx

传感器及其工作原理 [ 目标定位 ] . 知道什么是传感器， 理解传感器的工作原理 . 掌握制作传感器的常用元件： 光 敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等的基本特性及工作原理 . 初步掌握各种常用元 件的简单应用 . 一、传感器 . 定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规 律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断 . . 工作原理 ①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应 ( 如 热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等 )制成的 . ②转换元件： 是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电 信号的电子元件 . ③转换电路： 将转换元件输出的不易测量的非电学量转换成易于测量的电学量， 如电压、 电 流、电阻等 . 深度思考 传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？ 答案 传感器的作用是把非电学量 ( 如光、声音、温度等 ) 转化为电学量 ( 如电压、电流等 ) ，尤其是将电学量与计算机技术结合， 可以方便地实现信息的采集、 处理、 输出的自动化和智 能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用 . 例 传感器是把非电学量 ( 如速度、 温度、 压力等 ) 的变化转换成电学量的变化的一种元件， 在自动控制中有着相当广泛的应用 . 有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如 图中的虚线框所示，它主要由压力传感器 ( 电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻 ) 、 显示体重大小的仪表 ( 实质是理想的电流表 ) 组成 . 图 压力传感器表面能承受的最大压强为× ，且已知压力传感器的电阻与所受压力的关系如下 表所示 . 设踏板和压杆的质量可以忽略不计， 接通电源后， 压力传感器两端的电压恒为 ，取 ＝. 请回答： 压力 电阻 Ω () 该秤零起点 ( 即踏板空载时 ) 的刻度线应标在电流表刻度盘处. () 如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为 ，则这个人的体重是 . 答案 () ×－ () 解析 () 由题图表知，踏板空载时，压力传感器电阻＝ Ω ，此时中电流＝＝ ＝× －2A. () 当电流＝ ＝× － 3 时，压力传感器的电阻＝＝ Ω ＝ Ω ，对应表格中，这个人的体重为. 传感器问题的分析思路 不同类型的传感器， 其工作原理一般不同， 但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电 学量的变化 . 因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化 . 二、光敏电阻 . 特点 电阻值随光照增强而减小 . . 原因分析 光敏电阻由半导体材料制成，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，导电性能变好 . . 作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 . 例 如图所示，、为定值电阻，为小灯泡，为光敏电阻，当照射光强度增大时 ( ) 图 . 电压表的示数增大 中电流减小 . 小灯泡的功率增大 . 电路的路端电压增大 解析 当照射光强度增大时， 阻值减小， 外电路总电阻随的减小而减小，  两端电压因干路电 流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，项正确，项错 误；由路端电压减小，两端电压增大知，两端电压必减小，则中电流减小，故项正确；结合 干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故项正确 . 答案 三、热敏电阻和金属热电阻 氧化锰热敏电阻 金属热电阻 特点 电阻率随温度升高而减小 电阻率随温度升高而增大 制作材料 半导体 金属 优点 灵敏度好 化学稳定性好，测温范围大 作用 把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 深度思考 热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小？ 答案 不是 . 正温度系数热敏电阻器 () 在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻器 () 在温度升高时电阻值减小 . 例 在温控电路中， 通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制 . 如图 所示电路，为定值电阻，为半导体热敏电阻 ( 温度越高电阻越小 ) ，为电容器 . 当环境温度降 低时( ) 图 . 电容器的带电荷量增大 . 电压表的读数增大 . 电容器两板间的电场强度减小 消耗的功率增大 解析 当环境温度降低时，变大，电路的总电阻变大，由＝知变小，又＝－，电压表的读数增大，正确；又由＝可知，消耗的功率变小，错误；电容器两板间的电压＝－，＝，可知变 小，变大，由场强′＝，＝可知、′都增大，故正确，错误 . 答案 解决含有热敏电阻、光敏电阻的直流电路动态分析问题： ①明确热敏电阻、光敏电阻的电阻特性； ②解题思路： 局错误 ! 四、霍尔元件 . 构造 在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个