物理选修人教新课标传感器及其工作原理精品课件

会计学1物理选修人教新课标传感器及其工作原理精品课件2什么是传感器1．传感器传感器是能够感受诸如力、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成为电压、电流等电学量，或转换成为电路通断的元件．教材要点解读对应学生用书P50第2页/共56页3第3页/共56页4(2)传感器的组成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：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等．第4页/共56页53．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它的输出通常是电学量，这些输出信息是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制作用．第5页/共56页64．传感器的分类物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电压、电容、电场、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力电传感器等．化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换为电学量的敏感元件制成的．生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性制成的，用以检测或识别生物体内化学成分的传感器．生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等．第6页/共56页7在分析传感器的作用时要明确(1)核心元件是什么；(2)它是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)它怎样显示或控制开关的．第7页/共56页8光敏电阻1．特点光照越强，电阻越小．2．原因无光照时，载流子少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．3．作用把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．第8页/共56页9光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．第9页/共56页10热敏电阻和金属热电阻电阻项目　　热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度的升高而减小电阻率随温度的升高而增大R­T图象制作材料半导体金属导电原理自由电子和空穴等载流子自由电子的定向移动优点灵敏度较好化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量第10页/共56页11按热敏电阻随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻减小．第11页/共56页12霍尔元件1．构造：如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成为一个霍尔元件．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．第12页/共56页132．霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两侧会形成稳定的电压，第13页/共56页14第14页/共56页15第15页/共56页164．霍尔效应的应用霍尔效应广泛应用于半导体材料的测试和研究中．例如，用霍尔效应可以确定一种半导体材料是电子型还是空穴型．半导体内载流子的浓度受温度、杂质以及其他因素的影响很大，因此霍尔效应为研究半导体载流子浓度的变化提供了重要的方法．利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途．例如，测量磁场，测量直流和交流电路中的电流和功率，转换信号(如把直流转换成交流并对它进行调制，放大直流或交流信号等)．第16页/共56页17电容式传感器1．原理电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量(如角度θ、位移x、深度h等)的变化能引起上述某一因素的变化，从而引起电容的变化，那么测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．第17页/共56页182．常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道θ的变化情况．测定液面高度h的电容式传感器在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况．第18页/共56页19名称传感器原理测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化，知道C的变化，就可以知道F的变化情况．测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化，知道C的变化，就可以知道x的变化情况.第19页/共56页20光电转换(光敏电阻的应用)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时(　　)A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大解题方法指导对应学生用书P52第20页/共56页21【分析】　R3的变化→R并变化→R总变化→I总变化→U端变化→各电流、电压的变化．【解析】　当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B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．【答案】　ABC第21页/共56页22【方法总结】(1)光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小．(2)光敏电阻阻值的变化可以引起电路中其他物理量的变化，通过分析电路解决问题．第22页/共56页23如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将Rt包裹起来，表针将向________(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rt，表针将向________(选填“左”或“右”)转动．第23页/共56页24解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不透光的黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光照射Rt，电阻减小，指针右偏．答案：左　右第24页/共56页25热电转换(热敏电阻的应用)如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，下列描述正确的是(　　)A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱第25页/共56页26【解析】　R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．故选C.【答案】　C第26页/共56页27【方法总结】(1)热敏电阻其阻值随温度的变化而变化，有的随温度的升高而增大(PTC元件)．有的随温度的升高而减小(NTC元件)．(2)温度变化引起电阻阻值变化，从而改变电路中的电流或电压．第27页/共56页28如图甲为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用该热敏电阻和继电器做成温控电路(如图乙所示)．第28页/共56页29(1)简要分析温控电路的工作过程：_______________________________________________________________.(2)设继电器的线圈电阻为50Ω，继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？第29页/共56页30答案：见解析第30页/共56页31磁电转换(霍尔效应现象)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是(　　)第31页/共56页32A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化第32页/共56页33【解析】　了解霍尔元件的工作原理是分析该题的关键，应知道霍尔元件电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡.【答案】　ABD第33页/共56页34【方法总结】解决磁电转换问题的基本思路：(1)明确磁场方向．(2)明确载流子的电性及运动方向．(3)据左手定则判断载流子偏转方向．(4)求极板间的电压和确定极板的正负．(5)据闭合电路的欧姆定律求解．第34页/共56页35如图所示，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板左、右边缘的两点，则(　　)A．电势φa>φbB．电势φb>φaC．电流增大时，|φa－φb|增大D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样第35页/共56页36答案：BC第36页/共56页37电容式传感器的应用电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．在膜片向右运动的过程中(　　)A．电容变大B．电容变小C．导线AB中有向左的电流D．导线AB中有向右的电流第37页/共56页38【答案】　AC第38页/共56页39第39页/共56页40如图为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路．当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转．在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)第40页/共56页41A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不动D．向左偏到某一刻度后不动第41页/共56页42答案：A第42页/共56页43默读联想记忆对应学生用书P54第43页/共56页44第44页/共56页451.2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用，在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是(　　)课堂巩固训练对应学生用书P54第45页/共56页46A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确．交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误．答案：D第46页/共56页472．霍尔元件能转换哪个物理量(　　)A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量答案：B第47页/共56页483.传感器是把非电学量(如温度、速度、压力等)的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着广泛的应用．如图所示是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图，从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况．关于两者关系的说法中正确的是(　　)A．C增大表示h减小B．C减小表示h增大C．C减小表示h减小D．C的变化与h变化无直接关系第48页/共56页49解析：由题意可知，导电芯和导电液体组成的电容器，只能改变两板的正对面积，电容与正对面积成正比．如果h上升，相当于增大正对面积，从而导致电容的增大．故C正确．答案：C第49页/共56页504.(2013·郑州高二检测)如图所示是一自动控制电路示意图，R1为光敏电阻．当照射到R1处的光消失时，电流表Ⓐ中的电流I及ab间的电压U的变化情况是(　　)A．I变大，U变小　B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变大，U变小第50页/共56页51解析：当照射到光敏电阻上的光消失时，光敏电阻阻值增大，通过的电流变小，通过R2的电流增大，电流表Ⓐ中电流I变大．由光敏电阻阻值增大可知电源的输出电流减小，ab之间的电压U增大，故正确答案为B.答案：B第51页/共56页524.(2013·郑州高二检测)如图所示是一自动控制电路示意图，R1为光敏电阻．当照射到R1处的光消失时，电流表Ⓐ中的电流I及ab间的电压U的变化情况是(　　)A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变大，U变小解析：当照射到光敏电阻上的光消失时，光敏电阻阻值增大，通过的电流变小，通过R2的电流增大，电流表Ⓐ中电流I变大．由光敏电阻阻值增大可知电源的输出电流减小，ab之间的电压U增大，故正确答案为B.答案：B第52页/共56页53为了巩固和提升所学内容，请使用“课后强化演练”。第53页/共56页54课后强化演练对应学生用书课后P14第54页/共56页55第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页