（新课标）2018-2019学年高考物理 主题四 传感器 4.1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2.ppt

4 1传感器及其工作原理 一 什么是传感器1 传感器的定义 能够感受诸如力 光 声 化学成分等物理量 并能把它们按照一定的规律转换为便于 和处理的另一个物理量 通常是电压 电流等 量 或转换为电路的 的元件 2 非电学量转换为电学量的意义 把 转换为电学量 可以方便地进行测量 传输 处理和 温度 传送 电学 通断 非电学量 控制 思考判断 1 传感器可以把非电学量转换为电学量 2 传感器可以把力学量 如形变量 转变成电学量 3 传感器可以把热学量转变成电学量 4 传感器可以把光学量转变成电学量 5 传感器可以把电学量转变成力学量 二 光敏电阻1 特点 光照越强 电阻 2 原理 无光照时 载流子少 导电性能 随着光照的增强 载流子 导电性 3 作用 把 这个光学量转换为 这个电学量 越小 不好 增多 变好 光照强弱 电阻 思考判断 1 光敏电阻的阻值随光线的强弱变化 光照越强电阻越小 2 有光照在光敏电阻上 电阻上的自由电子会发生定向移动 3 光敏电阻的阻值只会随人造光的强弱而变化 不能感知自然光的变化 三 热敏电阻和金属热电阻1 热敏电阻 用 材料制成 可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻 1 正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻 2 负温度系数的热敏电阻 如氧化锰热敏电阻 随温度升高电阻 2 金属热电阻 金属的电阻率随温度 而增大 利用这一特性 金属丝也可以制作成 传感器 称为热电阻 半导体 增大 减小 升高 温度 思考判断 1 热敏电阻在温度升高时阻值变小 2 金属热电阻在温度升高时阻值变小 3 热敏电阻一般用半导体材料制作 导电能力随温度的升高而增强 但灵敏度低 4 金属热电阻随温度的升高导电能力增强 它的化学稳定性好 测量范围大 5 热敏电阻和金属热电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 四 霍尔元件1 霍尔电压 正 图12 作用把 这个磁学量转换为 这个电学量 电压 磁感应强度 思考判断 1 霍尔元件一共有两个电极 电压这个电学量就通过这两个电极输出 2 把霍尔元件放入磁场中 由于电磁感应现象 在元件的电极间产生感应电动势 3 霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关 5 霍尔元件可以感知磁感应强度 对传感器的理解 1 传感器的组成和工作流程 1 传感器的组成 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 转换元件 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 要点归纳 转换电路 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 电阻等或电路的通断 2 传感器的工作流程 2 传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量 如力 温度 位移 浓度 速度 酸碱度等 而输出的通常是电学量 如电压 电流 电荷量等 这些输出的信号是非常微弱的 通常需要经过放大后 再传送给控制系统产生各种控制动作 例1 如图2所示 是电容式话筒的示意图 它是利用电容制成的传感器 话筒的振动膜前面有薄薄的金属层 膜后距膜几十微米处有一金属板 振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极 在两极间加一电压U 人对着话筒说话时 振动膜前后振动 使电容发生变化 从而使声音信号被话筒转化为电信号 其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 图2 精典示例 A 距离变化B 正对面积变化C 电介质变化D 电压变化解析振动膜前后振动 使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化 从而将声音信号转化为电信号 故选项A正确 答案A 针对训练1 当你走近某些宾馆 酒楼的大门时 门就会自动为你打开 当你走进门之后 门又在你身后自动关上 你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息 A 温度B 运动C 人D 光线解析自动门的自动控制要求灵敏 可靠 若以温度控制 人的体温与夏季气温接近 则在夏季自动门将无法使用 自动门实际使用的是红外线传感器 红外线属于不可见光 人在白天或黑夜均发出红外线 传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机 实现自动开 关门 故选项D正确 答案D 对敏感元件的认识 光敏电阻 热敏电阻 霍尔元件特点对比 要点归纳 例2 多选 在温控电路中 通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制 如图3所示电路 R1为定值电阻 R2为半导体热敏电阻 温度越高电阻越小 C为电容器 当环境温度降低时 图3A 电容器C的带电荷量增大B 电压表的读数增大C 电容器C两板间的电场强度减小D R1消耗的功率增大 精典示例 答案AB 例3 如图4所示 将一光敏电阻接在多用电表两表笔上 将多用电表的选择开关置于欧姆挡 用光照射光敏电阻时 表针自左向右的偏角为 现用手掌挡住部分光线 表针自左向右的偏角为 则可判断 A B C D 不能确定解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小 用手掌挡住部分光线 阻值变大 由欧姆挡的特点知 指针左偏 故指针自左向右的偏转角度变小 故选项B正确 答案B 图4 含有热敏电阻 光敏电阻电路的动态分析步骤 1 明确热敏电阻 或光敏电阻 的阻值随温度 或光线强弱 是增大还是减小 2 分析整个回路的电阻的增减 电流的增减 3 分析部分电路的电压 电流如何变化 例4 多选 如图5所示是霍尔元件的示意图 一块通电的铜板放在磁场中 板面垂直于磁场 板内通有如图所示方向的电流 a b是铜板上 下边缘的两点 则 图5A 电势 a bB 电势 b aC 电流增大时 a b 增大D 其他条件不变 将铜板改为NaCl溶液时 电势结果仍然一样 答案AC 针对训练2 多选 如图6所示 R1 R2为定值电阻 L为小灯泡 R3为光敏电阻 当入射光强度增大时 图6A 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 答案ABC 1 传感器的理解 多选 下列说法正确的是 A 传感器担负着信息采集的任务B 干簧管是一种能够感知磁场的传感器C 传感器不是电视遥控接收器的主要元件D 传感器是把力 温度 光 声 化学成分转换为电信号的主要工具解析传感器的任务就是采集信息 选项A正确 干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的 它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触 选项B正确 由传感器的定义知 选项D正确 答案ABD 2 传感器的应用 有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机 洗手后将湿手靠近 机内的传感器就开通电热器加热 有热空气从机内喷出 将湿手烘干 手靠近干手机能使传感器工作 是因为 A 改变湿度B 改变温度C 改变磁场D 改变电容解析根据自动干手机工作的特征 手靠近干手机电热器工作 手撤离后电热器停止工作 人是一种导体 可以与其他导体构成电容器 手靠近时相当于连接一个电容器 可以确定干手机内设有电容式传感器 由于手的靠近改变了电容大小 故选项D正确 用湿度和温度来驱动电热器工作 理论上可行 但是假如干手机是由于温度 湿度的变化工作就成了室内烘干机 选项A B C错误 答案D 3 传感器的理解 多选 美国科学家Willards Boyle与GeorgeE Smith因电荷耦合器件 CCD 的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖 CCD是将光学量转变成电学量的传感器 下列器件可作为传感器的有 A 发光二极管B 热敏电阻C 霍尔元件D 干电池解析传感器是指能够感受诸如力 温度 光 声 化学成分等非电学量 并把它们按照一定的规律转换为电压 电流等电学量的元件 发光二极管是电学元件 是电能转换成光能的元件 不是传感器 选项A错误 干电池是一种电源 不是传感器 选项D错误 热敏电阻受热时 其电阻会发生变化 能把热学量转换成电学量 是传感器 选项B正确 霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量 是传感器 选项C正确 答案BC 4 热敏电阻和金属热电阻的特性 热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中 如图7为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图 由图可知 这种热敏电阻在温度上升时导电能力 选填 增强 或 减弱 相对金属热电阻而言 热敏电阻对温度变化的响应更 选填 敏感 或 不敏感 解析由R t图象可知 该热敏电阻的阻值R在温度上升时变小 因此其导电能力增强 该热敏电阻相对于金属热电阻而言 对温度变化的响应更敏感 答案增强敏感 图7