16-17版：6.1 傳感器及其工作原理

1、1傳感器及其工作原理第六章傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)探究典例精析達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.了解什么是傳感器，感受傳感技術(shù)在信息時(shí)代的作用與意義.2.知道將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理及作用.一、傳感器干簧管結(jié)構(gòu)：如圖1所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片，接入圖2電路，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)：知識(shí)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究圖1圖2(1)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？答案答案答案燈泡會(huì)亮，因?yàn)楫?dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通.(2)干簧管的作用是什么？答案答案干簧管起到開(kāi)關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器.傳感器及工作原理：(1)傳感器的定

2、義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等 量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個(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 .答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理物理電學(xué)通斷非電學(xué)量控制(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以( )A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量即學(xué)即用即學(xué)即用解析答案解析解析傳感器是將所感受到的不便于測(cè)量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件，故選項(xiàng)A、B

3、、C對(duì)，D錯(cuò).ABC二、光敏電阻在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計(jì)數(shù)器后，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖3所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻.此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是什么？導(dǎo)導(dǎo)學(xué)學(xué)探究探究圖3答案答案答案當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過(guò)一個(gè)產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計(jì)數(shù)一次.光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理.(1)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到 或者溫度 時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為 電子，同時(shí)也形成更多的空穴，于是導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng).(2)光敏電阻是用 材料(如硫化鎘)制成的.它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越 .它能夠把

4、 這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量.答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理光照升高自由半導(dǎo)體小光照強(qiáng)弱電阻如圖4所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)表針的偏角為，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷()A. B. D.不能確定即學(xué)即用即學(xué)即用解析答案解析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，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小，故B正確.B圖4三、熱敏電阻和金屬熱電阻如圖5所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央.若在RT上擦

5、一些酒精，表針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉(zhuǎn)？導(dǎo)導(dǎo)學(xué)學(xué)探究探究圖5答案答案答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn).(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.正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻.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.答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理半導(dǎo)體增大減小升高溫度如圖6所示，R

6、1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()A.R1兩端的電壓增大B.電流表的示數(shù)增大C.小燈泡的亮度變強(qiáng)D.小燈泡的亮度變?nèi)跫磳W(xué)即用即學(xué)即用解析答案解析解析R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻R2阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強(qiáng)，R1兩端的電壓減小，故只有C正確.C圖6四、霍爾元件如圖7所示，在矩形半導(dǎo)體薄片E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則M、N間會(huì)出現(xiàn)電壓，稱為霍爾電壓UH.(1)分析為什么會(huì)出現(xiàn)電壓.導(dǎo)導(dǎo)學(xué)學(xué)探究探究答案答案答案薄片中的載流子在洛倫茲力的作

7、用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)了電壓.圖7(2)試推導(dǎo)UH的表達(dá)式.答案答案答案設(shè)薄片厚度為d，EF方向長(zhǎng)度為l1，MN方向長(zhǎng)度為l2，受力分析如圖當(dāng)洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，M、N間電勢(shì)差達(dá)到穩(wěn)定.再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式InqvS，Sl2d答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理電場(chǎng)力洛倫茲力UHB(多選)如圖8所示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(工作面是指較大的平面)()A.將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大B.在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)

8、，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)生變化即學(xué)即用即學(xué)即用解析答案圖8返回返回例例1如圖9是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置.其中電源電壓保持不變，R是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端.在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒(méi)有畫出)，通過(guò)觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況.(1)你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的_兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將_ (選填“增大”或“減小”).一、對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)典例精析解析答案圖9解析解析由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，R的金屬滑片將會(huì)

9、移動(dòng)，從而引起R兩端電壓的變化.當(dāng)油量減少時(shí)，R的數(shù)值會(huì)增大，電路中的電流會(huì)減小，c、d間的電壓會(huì)減小.當(dāng)把電壓表接在c、d兩點(diǎn)間，電壓表的示數(shù)減小時(shí)，表示油量在減少.答案答案c、d減小(2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)變化有何不同？解析答案解析解析把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時(shí)，R增大，電壓表的示數(shù)增大.把電壓表接在c、d之間，油量增加時(shí)，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)減小.答案答案見(jiàn)解析歸納總結(jié)歸納總結(jié)1.傳感器的原理：2.在分析傳感器時(shí)要明確：(1

10、)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量；(3)是如何顯示或控制開(kāi)關(guān)的.二、對(duì)光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用例例2如圖10所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是()A.小燈泡的電阻發(fā)生了變化B.小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C.電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D.電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析答案圖10解析解析電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)PI2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗.答案答案C例例3如圖11所示，R1、R2為定值電阻，L

11、為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)()A.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解析答案圖11解析解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤.因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確.結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確.答案答案ABC三、霍爾元件的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用圖12解析答案(1)假定載流子是電子，a、b兩端中的哪端電勢(shì)較高？解析解析

12、根據(jù)左手定則可確定a端電勢(shì)高.答案答案a解析答案(2)薄片上形成電流I的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率多大？(保留兩位有效數(shù)字)答案答案6.7104 m/s返回1.關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是 ()A.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的B.金屬材料也可以制成傳感器C.傳感器主要是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的D.水銀溫度計(jì)是一種傳感器達(dá)標(biāo)檢測(cè)解析答案解析解析大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯(cuò)，B對(duì)；傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號(hào)”，故C錯(cuò)；水銀溫度計(jì)能感受熱學(xué)量，但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，因此不是傳感器，故D錯(cuò).答案答案B2.(多選)如圖13所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境改變(光