物理選修3第六章 1課件

第六章傳感器1傳感器及其工作原理1.電阻率：表示材料_________的物理量。（1）金屬的電阻率隨溫度的升高而_____。（2）半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的升高而_____。2.使用多用電表時(shí)，應(yīng)將_______插入正插孔，_______插入負(fù)插孔。3.用多用電表測(cè)電阻時(shí)，應(yīng)將選擇開(kāi)關(guān)旋至_______，且使指針指在表盤(pán)的_________。4.平行板電容器的電容的決定式C=_________。導(dǎo)電性能增大減小紅表筆黑表筆歐姆擋中間附近二、光敏電阻1.特點(diǎn)：光照越強(qiáng)，電阻_____。2.原理：無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，_______變好。3.作用：把_________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)____這個(gè)電學(xué)量。越小導(dǎo)電性光照強(qiáng)弱電阻三、熱敏電阻和金屬熱電阻

氧化錳熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度的升高而_____電阻率隨溫度的升高而_____制作材料半導(dǎo)體金屬優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)_________，測(cè)溫范圍大作用將_____這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)____這個(gè)電學(xué)量減小增大穩(wěn)定性好溫度電阻四、霍爾元件1.構(gòu)造：很小的矩形_______薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N。2.霍爾電壓：如圖，E、F間通入恒定電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的______，則M、N間出現(xiàn)霍爾電壓UH，UH=______。3.作用：把___________這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。半導(dǎo)體磁場(chǎng)B磁感應(yīng)強(qiáng)度提示：(1)√。傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。(2)×。有光照射時(shí)，光敏電阻的阻值變小。(3)√。熱敏電阻在溫度升高時(shí)阻值變小。(4)×。金屬熱電阻在溫度升高時(shí)阻值變大。(5)√。霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。2.問(wèn)題思考：(1)火災(zāi)探測(cè)器的核心元件為氣敏傳感器，當(dāng)煙霧在空氣中的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，可以觸發(fā)報(bào)警，并對(duì)外發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。此時(shí)傳感器是將什么量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的？提示：傳感器是將煙霧產(chǎn)生的光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的接通，從而對(duì)外發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。(2)熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而減??？提示：不是。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度升高時(shí)電阻值增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度升高時(shí)電阻值減小。③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。(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?！咎貏e提醒】在分析傳感器時(shí)要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的；(3)是如何顯示或控制開(kāi)關(guān)的。【解題探究】(1)壓敏電阻的阻值隨壓力如何變化？提示：壓敏電阻的阻值隨壓力的增大而減小。(2)壓敏電阻與電流表如何連接？提示：電流表、電阻R串聯(lián)后再與壓敏電阻并聯(lián)?！緲?biāo)準(zhǔn)解答】選C。設(shè)升降機(jī)勻加速下降，則重力mg大于壓力FN，即壓力FN變小，壓敏電阻阻值變大，R總增大，由I總=知I總變小，知U外=E-I總r變大，電流表讀數(shù)變大，升降機(jī)也可能勻減速上升，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。【總結(jié)提升】傳感器問(wèn)題的分析思路不同類型的傳感器，其工作原理一般不同，但所有的傳感器都是把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量的變化。因此我們可以根據(jù)電學(xué)量的變化來(lái)推測(cè)相關(guān)量的變化。【解析】選A、C、D。當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3的阻值變小，則電壓表示數(shù)增大。R2中的電流減小，小燈泡的功率增大。電源的路端電壓降低，故A、C、D正確。【變式備選】(2013·吉林高二檢測(cè))傳感器是把非電學(xué)量(如溫度、速度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件，在自動(dòng)控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如圖是一種測(cè)量液面高度h的電容式傳感器的示意圖。電容C大小的變化就能反映液面的升降情況。關(guān)于兩者關(guān)系的說(shuō)法中正確的是()A.C增大表示h減小B.C減小表示h增大C.C減小表示h減小D.C的變化與h變化無(wú)直接關(guān)系【解析】選C。C增大表示電容器的正對(duì)面積變大，h增大，C減小表示h減小，故C正確。2.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn)：(1)熱敏電阻：指用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻。如圖線①所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線。(2)金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大如圖線②所示，這樣的電阻也可以制作溫度傳感器。熱敏電阻或金屬熱電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度較好。3.霍爾元件：運(yùn)動(dòng)的載流子在洛倫茲力作用下在導(dǎo)體板的一側(cè)聚集，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的另一種電荷，從而形成橫向電場(chǎng)；橫向電場(chǎng)對(duì)載流子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定的電壓；UH=UH與B成正比是霍爾元件能把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的原因?！咎貏e提醒】按熱敏電阻隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(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增大，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻減小?！窘忸}探究】(1)環(huán)境溫度降低時(shí)，熱敏電阻的阻值_____。(2)電容器兩端的電壓等于哪個(gè)元件兩端的電壓？提示：電容器兩端的電壓等于R2兩端的電壓。變大【標(biāo)準(zhǔn)解答】選A、B。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，R2變大，電路的總電阻變大，由I=知I變小，又U=E-Ir，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1變小，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩板間的電壓U2=U-U1，U2變大，由場(chǎng)強(qiáng)E′=Q=CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯(cuò)誤?！咀兪接?xùn)練】(多選)如圖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)，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【解析】選A、B、D。將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，I恒定，由公式UH=知UH將變大，選項(xiàng)A正確；地球兩極的磁場(chǎng)方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項(xiàng)B正確；地球赤道上的磁場(chǎng)沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時(shí)，B才與工作面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B垂直工作面的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確?！镜淅總鞲衅骺蓪⒎请妼W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，起自動(dòng)控制作用，如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中有位移傳感器，電飯煲中有溫度傳感器，電視機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、空調(diào)機(jī)中有光電傳感器。如圖是演示位移傳感器的工作原理圖，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭滑動(dòng)，通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)反映物體位移的大小，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說(shuō)法正確的是()考查內(nèi)容位移傳感器的分析A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C.物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒(méi)有電流D.物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒(méi)有示數(shù)【標(biāo)準(zhǔn)解答】選B。由于電壓表是理想的，因此滑片P移動(dòng)時(shí)，不改變閉合電路的電阻，電源內(nèi)的電流不發(fā)生變化，即電流恒定，A、C錯(cuò)誤；物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表所測(cè)電壓是變化的，M不動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)恒定，B正確，D錯(cuò)誤。傳感器原理的辨析本節(jié)課的重點(diǎn)是物理知識(shí)在傳感器中的應(yīng)用，而不是研究傳感器的技術(shù)問(wèn)題，所以理解傳感器的原理是解題的關(guān)鍵，在理解傳感器的原理時(shí)要注意以下三點(diǎn)：第一，明確傳感器所采用的核心部分是什么。第二，傳感器的輸入量是什么。第三，傳感器的輸出量是什么?！景咐故尽咳鐖D所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b通過(guò)導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若聲源S做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則()A.a振動(dòng)過(guò)程中，a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變B.a振動(dòng)過(guò)程中，a、b板所帶電荷量不變C.a振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流計(jì)中始終有方向不變的電流D.a向右的位移最大時(shí)，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大【標(biāo)準(zhǔn)解答】選D。由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓U保持不變，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)可判斷A錯(cuò)、D對(duì)。再由Q=CU可知，B錯(cuò)。由于Q變化，使電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流計(jì)中電流方向不斷變化，C錯(cuò)?！疽族e(cuò)分析】本題易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下：易錯(cuò)選項(xiàng)錯(cuò)誤原因A誤認(rèn)為電容器始終和電源相連，電壓不變，那么電場(chǎng)強(qiáng)度就不變B忽略了電容器的電容受板間距離的影響，誤認(rèn)為電容不變，板間電壓不變，從而極板上帶電量不變C誤認(rèn)為振動(dòng)膜a只是向里振動(dòng)，由于U不變，C變大，則Q變大，電容器始終處于充電狀態(tài)1.(多選)(基礎(chǔ)理論辨析題)關(guān)于傳感器的原理，下列說(shuō)法中正確的是()A.傳感器的作用是把電學(xué)量轉(zhuǎn)換為非電學(xué)量B.光敏電阻隨著光照的增強(qiáng)，導(dǎo)電性變好C.熱敏電阻能夠把熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D.金屬熱電阻和熱敏電阻在溫度升高時(shí)電阻值都變大E.霍爾元件通入恒定電流，會(huì)在和外加磁場(chǎng)相同的方向上形成電壓【解析】選B、C。傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，A錯(cuò)。光敏電阻隨光照的增強(qiáng)，導(dǎo)電性變好，B正確。熱敏電阻能夠把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，C正確。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度的升高電阻值變小，D錯(cuò)誤?；魻栐纬傻碾妷汉痛艌?chǎng)方向是垂直的，E錯(cuò)誤。2.(2013·漳州高二檢測(cè))傳感器廣泛應(yīng)用在我們的生產(chǎn)生活中，常用的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)就是一種傳感器。如圖所示，鍵盤(pán)上每一個(gè)鍵的下面都連一小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一小的固定金屬片，這兩金屬片組成一個(gè)小電容器。當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能夠檢測(cè)出哪個(gè)鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號(hào)。這種計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)使用的是()A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.磁傳感器D.光傳感器【解析】選B。計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)被按下時(shí)，電容發(fā)生變化，故使用的是壓力傳感器，B正確。3.(2013·廣州高二檢測(cè))街旁的路燈，江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用【解析】選B。街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷。故選項(xiàng)B正確。4.關(guān)于光敏電阻，下列說(shuō)法正確的是()A.光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻的大小這個(gè)電學(xué)量B.硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，光照很強(qiáng)時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好C.硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照射時(shí)，載流子較多，導(dǎo)電性能較好D.半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強(qiáng)，載流子減少，導(dǎo)電