物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）5-2認(rèn)識(shí)傳感器 課件

傳感器第五章傳感器本章講述傳感器的相關(guān)知識(shí)．隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及．事實(shí)上，在我們的身邊就大量地使用著各種各樣的傳感器．例如，電視機(jī)、空調(diào)的遙控器裝置中使用著光學(xué)傳感器；唱卡拉OK時(shí)使用的話筒是一種將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器；電飯鍋、電熨斗、電冰箱中使用著溫度傳感器等等．新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器傳感器傳感器是能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換成為電路通斷的元件．1新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器傳感器的工作流程和傳感器組成1新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器(2)傳感器的組成①敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的．②轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件．③轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等．1新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它的輸出通常是電學(xué)量，這些輸出信息是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制作用．1新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器傳感器的分類物理型傳感器是利用被測量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如電阻、電壓、電容、電場、磁場等)發(fā)生明顯變化的特性制成的，如光電傳感器、力電傳感器等．1新知探究知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)傳感器傳感器的分類化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的敏感元件制成的．生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性制成的，用以檢測或識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器．生物或生物物質(zhì)主要是指各種酶、微生物、抗體等，分別對(duì)應(yīng)酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器等等．1新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器光敏電阻1．特點(diǎn)光照越強(qiáng)，電阻越小．2．原因無光照時(shí)，載流子少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好．3．作用把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量．2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器熱敏電阻和金屬熱電阻2新知探究電阻項(xiàng)目熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度的升高而減小電阻率隨溫度的升高而增大R-T圖象制作材料半導(dǎo)體金屬導(dǎo)電原理自由電子和空穴等載流子自由電子的定向移動(dòng)優(yōu)點(diǎn)靈敏度較好化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差作用將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量知識(shí)點(diǎn)常見傳感器特別提醒2新知探究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．知識(shí)點(diǎn)常見傳感器【例題1】(多選)如圖所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻。當(dāng)照射光強(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點(diǎn)撥:R3的變化→R并變化→R總變化→I總變化→U端變化→各電流、電壓的變化。2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器解析:當(dāng)光照強(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,同時(shí)內(nèi)電壓增大,故電路路端電壓減小,而電壓表的示數(shù)增大,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;由路端電壓減小,而R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項(xiàng)正確;結(jié)合干路電流增大可知流過小燈泡的電流必增大,則小燈泡的功率增大,C項(xiàng)正確。答案:ABC2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器題后反思熟知光敏電阻與熱敏電阻的特性是解決此類問題的關(guān)鍵,即光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小;熱敏電阻的阻值隨溫度的升高,負(fù)溫度系數(shù)的電阻減小、正溫度系數(shù)的電阻增大。觸類旁通若將例題1中的光敏電阻R3換為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,那么溫度升高時(shí),電壓表的示數(shù)、小燈泡的功率如何變化?答案:增大增大2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器電阻應(yīng)變片是一種使用非常廣泛的力敏原件。2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器電容式傳感器1．原理電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S，極板間距離d及極板間電介質(zhì)這幾個(gè)因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的變化能引起上述某一因素的變化，從而引起電容的變化，那么測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化．2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器電容式傳感器2.常見電容式傳感器2新知探究名稱傳感器原理測定角度θ的電容式傳感器當(dāng)動(dòng)片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時(shí)，引起極板正對(duì)面積S的變化，使電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道θ的變化情況．測定液面高度h的電容式傳感器在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)，液面高度h發(fā)生變化時(shí)，引起正對(duì)面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化．知道C的變化，就可以知道h的變化情況．知識(shí)點(diǎn)常見傳感器電容式傳感器2新知探究名稱傳感器原理測定壓力F的電容式傳感器待測壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上的時(shí)候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，引起電容C的變化，知道C的變化，就可以知道F的變化情況．測定位移x的電容式傳感器隨著電介質(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，電容C發(fā)生變化，知道C的變化，就可以知道x的變化情況.知識(shí)點(diǎn)常見傳感器霍爾元件1．構(gòu)造：如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上，制作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成為一個(gè)霍爾元件．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新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器霍爾元件2．霍爾效應(yīng)的原理外部磁場使運(yùn)動(dòng)的載流子受到洛倫茲力，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；橫向電場對(duì)電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)體板左右兩側(cè)會(huì)形成穩(wěn)定的電壓，2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器霍爾元件2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器霍爾元件2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器4．霍爾效應(yīng)的應(yīng)用霍爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料的測試和研究中．例如，用霍爾效應(yīng)可以確定一種半導(dǎo)體材料是電子型還是空穴型．半導(dǎo)體內(nèi)載流子的濃度受溫度、雜質(zhì)以及其他因素的影響很大，因此霍爾效應(yīng)為研究半導(dǎo)體載流子濃度的變化提供了重要的方法．利用霍爾效應(yīng)做成的霍爾元件有很多方面的用途．例如，測量磁場，測量直流和交流電路中的電流和功率，轉(zhuǎn)換信號(hào)(如把直流轉(zhuǎn)換成交流并對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，放大直流或交流信號(hào)等)．2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器【例題2】如圖所示,截面為矩形的金屬導(dǎo)體,放在磁場中,當(dāng)導(dǎo)體中通有電流時(shí),導(dǎo)體的上下表面的電勢有什么關(guān)系()A.UM>UNB.UM=UNC.UM<UN D.無法判斷點(diǎn)撥:首先明確是哪種電性的電荷定向移動(dòng)形成電流,然后根據(jù)左手定則判斷電荷所受洛倫茲力的方向,進(jìn)而判斷出導(dǎo)體上、下表面電勢的高低。2新知探究知識(shí)點(diǎn)常見傳感器解析:霍爾效應(yīng)是因?yàn)閹щ娏Ｗ釉诖艌鲋惺艿铰鍌惼澚ψ饔米龆ㄏ蛞苿?dòng)形成的,根據(jù)左手定則,電子受到向下的洛倫茲力作用,向N板運(yùn)動(dòng),所以UM>UN。答案:A題后反思金屬導(dǎo)體中能夠自由移動(dòng)的是電子,電子帶負(fù)電。在霍爾現(xiàn)象中負(fù)電荷向某一方向定向移動(dòng)與正電荷向相反方向定向移動(dòng)不等效。2新知探究1．如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(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課堂訓(xùn)練【解析】當(dāng)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，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，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小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大．【答案】ABC課堂訓(xùn)練【方法總結(jié)】(1)光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減?。?2)光敏電阻阻值的變化可以引起電路中其他物理量的變化，通過分析電路解決問題．課堂訓(xùn)練2．如圖所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中央．若用不透光的黑紙將Rt包裹起來，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射Rt，表針將向________(選填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)．課堂訓(xùn)練解析：光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將Rt用不透光的黑紙包起來，電阻增大，指針左偏；若用手電筒光照射Rt，電阻減小，指針右偏．答案：左右課堂訓(xùn)練3．如圖所示，R1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)，下列描述正確的是()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)跽n堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練【解析】R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，電阻R2增大，外電路電阻增大，外電路電壓增大，電流表讀數(shù)減小，R1兩端電壓減小，燈L電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)．故選C.【答案】C課堂訓(xùn)練【方法總結(jié)】(1)熱敏電阻其阻值隨溫度的變化而變化，有的隨溫度的升高而增大(PTC元件)．有的隨溫度的升高而減小(NTC元件)．(2)溫度變化引起電阻阻值變化，從而改變電路中的電流或電壓．4．如圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻隨溫度變化的曲線，用該熱敏