高二物理：4.2《探究热敏电阻的温度特性曲线》课件 （沪科选修3-2）

欢迎进入物理课堂 4 2探究热敏电阻的温度特性曲线 课标定位 学习目标 1 知道什么是传感器 知道传感器的工作原理 2 知道什么是光敏电阻和热敏电阻 3 通过实验的方式获得对传感器的感性认识 4 会探究热敏电阻的温度特性曲线 重点难点 1 传感器的工作原理及光敏电阻和热敏电阻的特性 2 利用实验研究热敏电阻的温度特性曲线 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 4 2 课前自主学案 一 什么是传感器传感器是通过测量外界的 量 量或 量来捕捉和识别信息 并将被测量的非电学量转换成 量的装置 它一般包括敏感元件和转换电路 二 探究传感器的原理1 研究光敏电阻的导电特性 光敏电阻是利用阻值随 强度的变化而变化的材料制成的 一般具有这种特性的是半导体材料 有的半导体材料在光照的情况下会产生电压 可制成光电池 光敏电阻随光照强度的 而减小 物理 化学 生物 电学 光照 增加 2 热敏电阻 由半导体材料制成 有两种热敏电阻 一种是负温度系数的 它的电阻随温度的 而减小 像NTC热敏电阻 另一种是正温度系数的 它的电阻随温度的 而增大 像PTC热敏电阻 升高 升高 图4 1 1 三 传感器的类型传感器可分为物理型 化学型和生物型三类 1 物理型传感器主要是根据被测 变化时 敏感元件的电学量 如电压 电阻 电容等 发生明显的变化的特性制成的 2 化学型传感器是用能把 的成分 浓度等化学量转变为电学量的敏感元件制成的 3 生物型传感器是利用 的各种生物 化学与物理效应制成的 有酶传感器 免疫传感器 抗原体传感器等 物理量 化学物质 生物体组织 核心要点突破 一 传感器的工作原理1 传感器传感器能够感受诸如位移 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为电压 电流 电阻等电学量 或转化为电路的通断 传感器是通过测量外界的物理量 化学量或生物量来捕捉和识别信息 并将被测量的非电学量转换成电学量的装置 2 传感器的基本原理传感器感受的通常是非电学量 而它输出的通常是电学量 不过这些输出信号往往是非常微弱的 一般需要经过放大后 再输送给控制系统产生各种控制动作 其工作过程可由图4 1 2表示 图4 1 2 1 非电学量 如位移 力 温度 光 声 化学成分 浓度 酸碱度等 2 敏感元件 是传感器的核心 相当于人的感觉器官 能直接感受被测量的非电学量并将其转换成与被测量的非电学量有一定关系的易于测量的物理量 3 转换元件 通常不能直接感受被测量的非电学量 而是将敏感元件输出的物理量转换为电信号输出 4 转换电路 将转换元件输出的电信号转换成易于测量的电学量 5 电学量 如电压 电流 电阻等 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年陕西榆林高二检测 关于传感器及其作用 下列说法中正确的是 A 传感器一般是把非电学量转换为电学量B 传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C 传感器把非电学量转换为电学量是为了方便进行测量 传输 处理和控制D 电磁感应是把磁学的量转换为电学的量 所以利用电磁感应现象工作的动圈式话筒也是传感器 解析 选ACD 根据传感器的概念和工作原理可以判断A C正确 B选项中不一定把非电学量转化为电路的通断 还有其他的表现形式 故B错 动圈式话筒利用电磁感应将声音转化为电流 是传感器 D正确 二 实验探究光敏电阻的特性1 实验设计 1 实验器材多用电表 光敏电阻 导线 黑纸 开关 2 实验步骤 用多用电表欧姆挡两表笔与在室内自然光照射下的光敏电阻两端连接 测光敏电阻阻值电路如图4 1 3所示 图4 1 3 把手张开 或用黑纸 放在光敏电阻上 挡住部分光线 测光敏电阻阻值 全部挡住光线 测光敏电阻阻值 将所测数据填入下表中 2 光敏电阻的特性光敏电阻的阻值随照射光强度的增强而减小 特别提醒 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化 原因是构成物质为半导体材料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随光照的增强 载流子增多 导电性变好 光敏电阻是能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的元件 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 敏感元件是传感器中的关键元件 它承担着直接 感知 和转换外界信息的任务 下列关于光敏电阻的说法正确的是 A 光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而变化B 光敏电阻的电阻值不会随着光照强度的变化而变化C 光敏电阻是因为光照变化时发热才改变电阻值的D 光敏电阻受到光照变化时改变阻值与热效应无关 解析 选AD 光敏电阻的材料是一种半导体 无光照射时用来导电的粒子极少 导电性能不好 随着光照的增强 可用来导电的粒子增多 导电性能变好 所以光敏电阻的电阻值随着光照的增强而减小 这与热效应无关 三 探究热敏电阻的温度特性曲线1 实验设计 1 用万用电表的电阻挡直接测量热敏电阻随温度的变化特性 方法简便 误差大 2 伏安法测量热敏电阻的温度特性曲线 2 采用伏安法测量 1 器材 电压表 电流表 电源 滑动变阻器 固定电阻 热敏电阻 开关和导线若干 温度计 水槽 电加热装置和开水冷水各一份 2 原理 采用水浴法改变热敏电阻的温度 如图4 1 4 用伏安法测量电阻 如图4 1 5 图4 1 4图4 1 5 3 测量步骤 将热敏电阻用塑料薄膜包裹一层 防止水浴时电阻的引线与水接触 连接好如图4 1 5所示电路 将水槽里的水兑成10 将热敏电阻放入水中 稍等片刻 闭合开关 读出电压表 电流表 温度计的示数 将水温兑成20 30 40 50 90 各测量一次 计算出各温度下对应的电阻 4 设计表格 将上述方法取得的数据填入表格 5 数据处理 在坐标纸上做出R t图像 3 热敏电阻的R t图像热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类 1 正温度系数的热敏材料 PTC 它的电阻随温度升高而增大 2 负温度系数的热敏材料 NTC 它的电阻随温度升高而减小 3 临界温度系数的热敏材料 CTC 它的电阻在很小的温度范围 临界 内急剧下降 这三类热敏材料电阻率的温度特性曲线如图4 1 6所示 可见 PTC和CTC型热敏电阻在一定的温度范围内 阻值随温度急剧变化 常用作开关元件 NTC型热敏电阻的阻值随温度升高而减小 尤其要注意的是在温度测量中使用最多的就是NTC型热敏电阻 我们常说的热敏电阻也是指这一类 图4 1 6 特别提醒 要注意区别热敏电阻和金属热电阻 热敏电阻用半导体材料制成 其电阻值随温度变化明显 温度升高电阻减小 而金属的电阻率随温度的升高而增大 这样的金属电阻也可以制作温度传感器 称为热电阻 热敏电阻的灵敏性好 但化学稳定性较差 金属热电阻的化学稳定性好 测温范围大 但灵敏性较差 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2011年济南高二检测 有定值电阻 光敏电阻 热敏电阻三只元件 分别接入如图4 1 7所示电路中A B两点后 用黑纸包住元件置于热水中 观察欧姆表的示数 下列说法中正确的是 图4 1 7 A 置于热水中与不置于热水中相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是热敏电阻B 置于热水中与不置于热水中相比 欧姆表示数不变化 这只元件一定是定值电阻C 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是光敏电阻D 用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比 欧姆表示数相同 这只元件一定是定值电阻解析 选AC 热敏电阻的阻值随温度变化 定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化 光敏电阻的阻值随光照条件变化 定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照条件变化 课堂互动讲练 随着科学技术的进步 社会的发展 人们研制了各种传感器 这使人们获取信息的领域更宽广 更深入 下列关于传感器的说法正确的是 A 传感器是一种联络 传递感情的设备B 传感器是一种感知 探测物理量的工具C 传感器测量的不一定是物理量 也可以是化学量或生物量D 传感器是将被测量的非电学量转换成电学量 精讲精析 传感器是通过敏感元件将外界的物理量 化学量或生物量等非电学量转换成电学量的装置 所以它一般包括敏感元件 也就是探测器 和转换电路 答案 CD 方法总结 1 传感器能像人的感觉器官那样感受外界信息 并能按照一定的规律和要求 把这些信息转换成可用的输出信息 传感器是自动测量和自动控制系统的 感觉器官 为了制作传感器 需要一些敏感元件 如光敏电阻 热敏电阻和金属热电阻等 2 传感器是将所感受到的一种物理量转换成便于检测的另一种物理量的器件 图4 1 8是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图 其中A是发光仪器 B是光敏电阻 R是普通定值电阻 下列说法中正确的是 图4 1 8 A 当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时 光敏电阻的阻值变小 电压表读数变小B 当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时 光敏电阻的阻值变大 电压表读数变大C 当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时 光敏电阻的阻值变小 电压表读数变小D 当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时 光敏电阻的阻值变大 电压表读数变大 精讲精析 B是光敏电阻 其阻值随光照强度的增强而减小 当没有物品时 光射向B B的阻值减小 其电流变大 电压表读数变小 A正确 B错误 有物品时 光被挡住 B的阻值增大 电流减小 电压表读数变大 C错误 D正确 答案 AD 方法总结 1 解决此类题的关键是判断光敏电阻阻值随光照强度的变化情况 2 根据闭合电路的欧姆定律及部分电路的欧姆定律 从局部 整体 局部的观点分析各物理量变化即可 如图4 1 9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与负温度系数的热敏电阻Rt的两端相连 这时表针恰好指在刻度盘的正中间 若往Rt上擦一些酒精 表针将向 填 左 或 右 移动 若用吹风机将热风吹向热敏电阻 表针将向 填 左 或 右 移动 图4 1 9 思路点拨 根据负温度系数热敏电阻随温度变化的特性分析判断 自主解答 若往Rt上擦一些酒精 由于酒精蒸发吸热 热敏电阻Rt温度降低 电阻值增大 指针应该向左偏 用吹风机将热风吹向热敏电阻 热敏电阻Rt温度升高 电阻值减小 指针应该向右偏 答案 左右 变式训练半导体温度计是利用负温度系数的热敏电阻制造的 如图4 1 10所示 如果待测点的温度升高 那么 图4 1 10 A 热敏电阻阻值变大 灵敏电流表示数变大B 热敏电阻阻值变大 灵敏电流表示数变小C 热敏电阻阻值变小 灵敏电流表示数变大D 热敏电阻阻值变小 灵敏电流表示数变小解析 选C 负温度系数的热敏电阻阻值大小会随着温度的升高而减小 随着温度的降低而增大 所以待测点的温度升高时 该热敏电阻的阻值减小 电路中的电流增大 灵敏电流表的示数变大 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全