2015版高中物理(人教版选修3-2)配套课件第6章第1节传感器及其工作原理[数理化网]

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-2第六章传感器成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2传感器第六章第六章传感器成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2第一节传感器及其工作原理第六章第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计6课时作业8课堂知识构建5易错案例剖析7第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2学习目标定位第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2※知道什么是传感器※知道什么是光敏电阻，热敏电阻，金属热电阻以及霍尔元件※了解传感器的工作原理第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2课堂情景切入第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2遥感卫星能在高空一览无遗地观测地貌植被；计算机的显示屏上能实时显示远隔千里的画面；机器人能替代人完成各种复杂的劳动。这些现代化设备，有的复杂庞大，有的简单精巧，但它们都需要一种装置——传感器来获取信息。那么，什么是传感器？它为什么能获取信息，工作原理又是什么呢？这一节我们就来探究这些问题。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2知识自主梳理第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2传感器1．定义传感器是这样一类元件：它能够感受诸如力、_____________、化学成分等_______量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的______的元件。2．工作原理温度、光、声非电学通断第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2光敏电阻1．特点电阻值随光照增强而_______。2．原理光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能______；随着光照的增强，载流子____，导电性____。3．作用光敏电阻能够把_________这个光学量转换为______这个电学量。减小不好增多变好光照强弱电阻第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2热敏电阻和金属热电阻氧化锰热敏电阻金属热电阻特点电阻率随温度的升高而_______电阻率随温度的升高而_____制作材料半导体金属优点灵敏度好化学稳定性好，测温________作用将______这个热学量转换为_____这个电学量减小增大范围大温度电阻第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2霍尔元件1．组成在一个很小的矩形________薄片上，制作4个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件。2．原理E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中的载流子就在________作用下，向着与电流和磁场都_____的方向漂移，使M、N间出现电压(如图所示)半导体洛伦兹力垂直第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-23．霍尔电压UH＝______，d为薄片厚度，k为霍尔系数。一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。4．作用霍尔元件能够把____________这个磁学量转换______为这个电学量。kIBd磁感应强度电压第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2重点难点突破第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2一、传感器的工作原理1．工作过程非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量2．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。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-23．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。4．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。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(清远市2013～2014学年高二下学期期末)江海里的航标灯(如图)要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的()A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三特性都利用了第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2答案：B解析：利用光照的不同改变半导体元件的电阻率，实现光控制。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2二、常见的传感器元器件1．光敏电阻(1)光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。(2)光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-22．热敏电阻和金属热电阻(1)热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显，如图所示，①为某一热敏电阻的“R－T”特性曲线。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(2)热敏电阻的两种型号及其特性热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件。在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(3)热敏电阻的用途热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：①利用温度特性来测量温度、控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；②利用非线性特性完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；③利用不同媒质中热耗散特性的差异测量流量、流速、液面等。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(4)金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如上图中的②为金属热电阻“R－T”特性曲线。相比而言，金属热电阻化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示的电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是()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第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2C．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答案：AC解析：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。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-23．霍尔元件(1)霍尔效应如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感应强度为B的均匀磁场中。当电流通过导体时，在导体的上侧面A与下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(2)霍尔元件霍尔元件就是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿PQ方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电势差U，使薄片厚度为d，PQ方向长度为l1，MN方向为l2。薄片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场。带电粒子同时受到电场力作用。当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到稳定，且有qUl2＝qvB第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2再根据电流的微观解释I＝nqSv整理后，得U＝IBnqd令k＝1nq，因为n为材料单位体积的带电粒子个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以U＝kIBdU与B成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-24．电容原理：电容器的电容C决定于极板正对面积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s、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。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2(银川一中2013～2014学年高二下学期期中)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，从而又可推出另一个物理量的变化，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()第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2A．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的高度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答案：D解析：甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质变化。所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2课堂知识构建第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2考点题型设计第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2热敏电阻的特性用多用电表的欧姆挡观察NTC热敏电阻的特性，如右图所示，方法是：将多用电表选择开关置于欧姆挡，再将两表笔与热敏电阻的两端相连，这时的表针指在表盘的中央刻度上，若将刚从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻，表的指针向________偏转(填“左”或“右”)；若将一杯热水靠近热敏电阻并接触，表的指针向________偏转(填“左”或“右”)。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2解析：将刚从冰箱中取出的雪糕靠近并接触热敏电阻，NTC热敏电阻是负温度系数的，降低温度，其电阻变大，表针向左偏转；将一杯热水靠近并接触热敏电阻，热敏电阻的温度升高，其电阻变小，指针将向右偏转。答案：左右点评：此类问题一定要弄清热敏电阻是负温度系数还是正温度系数的。另外金属热电阻都是正温度系数的。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为()A．铜B．合金C．半导体D．绝缘体第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2答案：C解析：可燃气体燃烧后电阻发生变化的原因，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，故选C。第六章第一节成才之路·高中新课程·学习指导·人教版·物理·选修3-2光敏