江蘇省東臺市高中物理 第六章 傳感器 6.1 傳感器及其工作原理導(dǎo)學案新人教版選修3-2.doc

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6.1 傳感器及其工作原理 班級 姓名 ， 1課時 使用時間 一、學習目標 1．通過觀察一些現(xiàn)象和常見的事例，初步形成傳感器的概念，感受傳感技術(shù)在信息時代的作用和意義。 2．介紹光敏電阻、熱敏電阻、和霍爾元件三種敏感元件，通過實驗知道它們的性能，了解其工作原理，感悟基礎(chǔ)知識學習和應(yīng)用的重要性。 3．知道非電學量轉(zhuǎn)換成電學量的技術(shù)意義，進一步拓展學生的思維，進一步探討科技發(fā)展給人類帶來的利與弊。 重點 認識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 難點 光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 二、自學檢測 一、 傳感器： 傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等＿＿＿＿＿量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等＿＿＿＿量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量以后，就可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制了。 傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換＿＿＿＿信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。 常見的傳感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。 二、常見傳感器元件： 1、光敏電阻：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻能夠把＿＿＿＿＿這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強弱。 2、金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而＿＿＿＿，用金屬絲可以制作＿＿＿＿傳感器，稱為＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿這個熱學量轉(zhuǎn)換為＿＿＿＿這個電學量。熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的＿＿＿＿＿好，測溫范圍＿＿＿，但＿＿＿＿較差。 3、電容式位移傳感器能夠把物體的＿＿＿＿這個力學量轉(zhuǎn)換為＿＿＿這個電學量。 4、霍爾元件能夠把＿＿＿＿＿＿這個磁學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 三、合作探究 任務(wù)一、什么是傳感器 演示實驗：（p51頁） 揭示實驗“奧秘”：盒子里用到了一種稱為“干簧管”的元件。介紹干簧管的構(gòu)造和工作原理，干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器。引導(dǎo)學生閱讀教材2、3段，思考問題： （1）什么是傳感器？ （2）傳感器的作用是什么？ 歸納小結(jié)（1）傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。 （2）傳感器的作用是把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。 任務(wù)二、幾種常見的傳感器 1．光敏電阻 介紹光敏電阻的外形和構(gòu)造。 現(xiàn)象：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。普通電阻則不會發(fā)生變化。 引導(dǎo)學生閱讀教材52頁的內(nèi)容，思考問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 小結(jié)（1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。 （2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。 （3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 2．熱敏電阻和金屬熱電阻 引導(dǎo)學生閱讀教材53頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題： （1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 歸納小結(jié)（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好。 （2）熱敏電阻靈敏度高，但化學穩(wěn)定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度交差。 （3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 現(xiàn)象：熱敏電阻隨著溫度的升高電阻發(fā)生明顯變化。溫度越高，電阻值越小。 引導(dǎo)學生看教材53頁 “說一說”欄目中的內(nèi)容。 給電容器帶上一定的電荷，然后用靜電計來檢測兩板間電勢差的變化，即可判斷電容的變化。 電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉(zhuǎn)化為電容這個電學量。 3．霍爾元件 引導(dǎo)學生閱讀教材p54頁關(guān)于霍爾元件的內(nèi)容。推導(dǎo)霍爾電壓的公式。 一個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持I不變，則UH的變化就與B成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量。 總結(jié)：1．制作傳感器需要的敏感元件光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。 2．光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏電阻將光學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 3．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高不一定減小。有的熱敏電阻阻值會隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個熱學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 4．霍爾元件的霍爾電壓公式為，霍爾元件把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量。 5．電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉(zhuǎn)化為電容這個電學量。 例一、 如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動；若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移動。 例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器。當待測壓力F作用于可動膜片電極時，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，那么（ ） A、 當F向上壓膜片電極時，電容將減小 B、 當F向上壓膜片電極時，電容將增大 C、 若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D、 若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 例三、如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？（此題描述的是著名的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象） 【當堂訓練】 1、簡單的說，光敏電阻就是一個簡單的＿＿＿＿＿傳感器，熱敏電阻就是一個簡單的＿＿＿＿＿傳感器。 ２、 為解決樓道的照明，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與電燈控制電路的相接。當樓道內(nèi)有走動而發(fā)出聲響時，電燈即與電源接通而發(fā)光，這種傳感器為＿＿＿＿傳感器，它輸入的是＿＿＿＿信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是＿＿＿＿信號。 3.如圖所示，是一個測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容品的兩極，把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時，則導(dǎo)電液體的深度h變化為（ ） A、h增大 B、h減小 C、h不變 D、無法確定 4、如圖所示，R1為定值電阻，R2為熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時（ ） 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 D、 小燈泡的亮度變?nèi)? 四．檢測清盤 1、關(guān)于光敏電阻，下列說法正確的是（ ） A、 光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量 B、 硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，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，無光照射時，載流子較少，導(dǎo)電性能良好 D、 半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好 2、霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個量（ ） A、 把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量 B、 把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 C、 把力轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量 D、 把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量 ３、如圖所示是測定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化（ ） Ａ、電介質(zhì)進入極板的長度 Ｂ、兩極板間距 Ｃ、兩極板正對面積 Ｄ、極板所帶電量 ４、如圖所示，Ｒ１、Ｒ２為定值電阻，Ｌ是小燈泡，Ｒ３為光敏電阻，當照射光強度增大時， 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 5、如圖所示，Ｒ３是光敏電阻，當開關(guān)Ｓ閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當用光照射電阻Ｒ３時，則（ ） Ａ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢高于b點電勢 Ｂ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢低于b點電勢 Ｃ、Ｒ３的電阻變小，a點電勢等于b點電勢 Ｄ、Ｒ３的電阻變大，a點電勢低于b點電勢 6、有一電學元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A、金屬導(dǎo)體 B、絕緣體 C、半導(dǎo)體 D、超導(dǎo)體 7、如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖?，F(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴P(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是（ ） A、 如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B、 如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C、 如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化非常明顯 D、 如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化不明顯 五、學有所得