高中物理人教版 (新课标)选修31 传感器及其工作原理导学案

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传感器及其工作原理【学习目标】知道什么是传感器了解传感器的常用元件的特征【自主学习】传感器：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、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，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换＿＿＿＿信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。常见的传感器有：＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。常见传感器元件：光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，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，导电性能变好，光敏电阻能够把＿＿＿＿＿这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。２、金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿，用金属丝可以制作＿＿＿＿传感器，称为＿＿＿＿＿。它能用把＿＿＿＿这个热学量转换为＿＿＿＿这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而＿＿＿＿或＿＿＿＿。与热敏电阻相比，金属热电阻的＿＿＿＿＿好，测温范围＿＿＿，但＿＿＿＿较差。３、电容式位移传感器能够把物体的＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿这个电学量。４、霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿这个磁学量转换为电压这个电学量【典型例题】如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏电阻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电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”）移动。 例二、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）当F向上压膜片电极时，电容将减小当F向上压膜片电极时，电容将增大若电流计有示数，则压力F发生变化若电流计有示数，则压力F不发生变化例三、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）【针对训练】1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器，热敏电阻就是一个简单的＿＿＿＿＿传感器。为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为＿＿＿＿传感器，它输入的是＿＿＿＿信号，经传感器转换后，输出的是＿＿＿＿信号。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，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入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变化为（ ）h增大h减小 C、h不变 D、无法确定如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）R1两端的电压增大电流表的示数增大小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变弱如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。【能力训练】1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）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硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好2、霍尔元件能转换哪两个量（ ）把温度这个热学量转换为电阻这个电学量把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量把力转换为电压这个电学量把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量３、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ） Ａ、电介质进入极板的长度Ｂ、两极板间距Ｃ、两极板正对面积Ｄ、极板所带电量４、如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，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5、如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（ ）Ａ、Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势Ｂ、Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势Ｃ、Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势Ｄ、Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势6、有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）A、金属导体 B、绝缘体 C、半导体 D、超导体7、如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（ ）如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持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（ ）将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大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改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化9、如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝＿＿＿＿＿【学后反思】_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。参考答案典型例题：分析：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，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。＿左＿ ＿右＿＿例2、分析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。 答案：AC例3、分析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。 答案：BC例4、解：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U。当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q=QvB又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd故U＝答案：下表面电势高 电势差为针对训练：光电 热电 声控 声音 电A 4、C5、角度增大，正对面积减小，电容器电容变小能力训练：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD 9、