高中物理2 常见传感器的工作原理及应用导学案及答案

常见传感器的工作原理及应用

【学习目标】

1．知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。

2．通过实验，知道常见传感器的工作原理及应用。

【学习重点】

知道传感器中常见的四种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片和霍尔元件。

【学习难点】

知道常见传感器的工作原理及应用。

【学习过程】

一、前知回顾

1．电阻率：表示材料__________________的物理量。

（1）金属的电阻率随温度的升高而______________。

（2）半导体材料的电阻率随温度的升高而______________。

2．使用多用电表时，应将_____________插入正插孔，_____________插入负插孔。

3．用多用电表测电阻时，应将选择开关旋至________________，且使指针指在表盘的__________________。

4．平行板电容器的电容的决定式C=__________________。

5．传感器：能够感受力、温度、光、声、化学成分等___________量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_________量，或转换为电路的_________的元件。

6．传感器的基本部分：____________、____________。

二、学习新知

（一）光敏电阻

学生实验1：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。

实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值________，强光照射下电阻值________。

总结：

1．特点：光照越强，电阻__________。

2．原理：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，_____________变好。

3．作用：把_______________这个光学量转换为_________这个电学量。

4．应用：自动计数装置

没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较________；有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变________。

（二）金属热电阻和热敏电阻

学生实验2：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的电阻值。

实验结果：温度身高，热敏电阻阻值________。

[例题1]有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法正确的是（    ）

A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻

B．置入热水中与不置入热水中相比，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

（三）电阻应变片

原理：_______________________________________________________________。

[例题2]如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况。

将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？

（四）电容式位移传感器（位移传感器）

原理：__________________________________________________________________

_______________________________________________________________________。

[例题3]电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值。如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是（    ）

A．甲图的传感器可以用来测量角度

B．乙图的传感器可以用来测量液面高度

C．丙图的传感器可以用来测量压力

D．丁图的传感器可以用来测量速度

（五）霍尔元件

1．构造：很小的矩形_____________薄片上，制作四个电极E、F、M、N。

2．霍尔电压：如图，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的__________，则M、N间出现霍尔电压UH，UH=__________。

3．作用：把___________________这个磁学量转换为电压这个电学量。

三、小结

四、巩固练习

1．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（    ）

A．应变片是由导体材料制成

B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小

C．传感器输出的是应变片上的电压

D．外力越大，输出的电压值也越大

2．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动头P在A端，滑动变阻器接入电路中有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下使滑动头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。

3．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图甲中，电源的电动势E＝9.0V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻r保持不变；R0为保护电阻，R为热敏电阻，其电阻值与温度变化的关系如图乙所示。试写出热敏电阻的阻值随温度变化的关系式。闭合开关S，当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA。则当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？

4．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（    ）

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

5．将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将万用表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT（阻值随温度升高而降低）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往R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电阻，表针将向________（填“左”或“右”）移动。

6．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极。把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化情况为（    ）

A．h增大

B．h减小

C．h不变

D．无法确定

答案：

1．BD

2．

3．R＝－0.01875t＋4.25（kΩ）    120℃

4．C

5．左    右

6．A