6[1]1《传感器及其工作原理》学案全集3(人教版选修3-2).docx

第一节　传感器及其工作原理学习目标1． 知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理2． 知道光敏电阻特点及作用3． 掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别4． 理解霍尔元件的原理及作用5． 会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路 课本导读一． 传感器1． 干簧管结构：它只是玻璃管内封入的的两个＿＿＿＿＿＿＿制成的簧片．作用：在电路中起到＿＿＿＿＿＿＿的作用，它是一种能够＿＿＿＿＿＿＿的传感器．2． 传感器作用：它是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等＿＿＿＿＿＿＿按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等＿＿＿＿＿＿＿，或转换为＿＿＿＿＿＿＿的一类元件．分类：常见的传感器有色标传感器、温度传感器、＿＿＿＿＿＿＿、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等．二． 光敏电阻1． 构造及特点：光敏电阻是用＿＿＿＿＿＿＿制成的，硫化镉就是一种＿＿＿＿＿＿＿．其特点是电阻率随光照强度的增大而＿＿＿＿＿＿＿，原因是：无光照射，载流子＿＿＿＿＿＿＿，导电性＿＿＿＿＿＿＿．2． 作用：光敏电阻能够把＿＿＿＿＿＿＿转化为＿＿＿＿＿＿＿．三． 热敏电阻和金属热电阻1． 热电阻：金属的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿＿＿＿，用多金属做成的传感器称为热电阻．其特点是＿＿＿＿＿＿＿、测温范围＿＿＿＿＿＿＿，但＿＿＿＿＿＿＿较差．2． 热敏电阻：半导体材料的导电能力随温度升高而＿＿＿＿＿＿＿，电阻率随温度升高而＿＿＿＿＿＿＿，用＿＿＿＿＿＿＿做成的传感器称为热敏电阻，热敏电阻也可以用＿＿＿＿＿＿＿制成．其特点是灵敏度＿＿＿＿＿＿＿．3． 二者的作用：二者都能把＿＿＿＿＿＿＿转化为＿＿＿＿＿＿＿．四． 霍尔元件1． 构造〔如图6－1－1所示〕：在很小的矩形＿＿＿＿＿＿＿薄片上，制作四个电极，就成为一个霍尔元件．图6－1－12． 霍尔电压：①形成过程：＿＿＿＿＿＿＿．②表达式UH=＿＿＿＿＿＿＿，式中d为，k为＿＿＿＿＿＿＿，其大小与＿＿＿＿＿＿＿有关．3． 作用：用霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿＿转换为＿＿＿＿＿＿＿．图6－1－2典型例题【例1】　如图6－1－2所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档〞，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．假设往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿〔填“左〞或“右〞移动〕；假设用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿〔填“左〞或“右〞移动〕．【解析】假设往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，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏【答案】　左　右【特别提示】〔1〕热敏电阻的阻值随温度的变化而变化．阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)．阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)．〔2〕欧姆表的表盘刻度最右侧为0Ω，最左侧为最大值．【例2】　如图6－1－3所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的根本工作原理是A． 当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B． 当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C． 信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D． 信号处理系统每获得一次高电压就计数一次图6－1－3【解析】当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大．R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而到达自动计数目的，由以上分析选项A、C正确．【特别提示】光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小．达标测试1． 以下说法正确的选项是A． 传感器担负着信息采集的任务B． 干簧管是一种磁传感器图6－1－4C． 传感器不是电视摇控接收器的主要元件D． 传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具2． 如图6－1－4为电阻R随温度T变化的图线，以下说法中正确的选项是A． 图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B． 图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C． 图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D． 图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高3． 用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，以下说法正确的选项是A． 测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B． 测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C． 测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D． 测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小4． 利用半导体材料可制成哪些电子元件A． 热敏电阻B． 光敏电阻C． 晶体管图6－1－5D． 标准电阻5． 如图6－1－5所示，某半导体热敏电阻的I－U图线可能是图6－1－66． 金属铂的电阻值对温度上下非常敏感，图6－1－6中可能表示金属铂电阻的U－I图线是7． 以下说法正确的选项是A． 金属导体的电阻率随温度增加而减小B． 半导体的电阻率随温度增加而增大C． 用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D． 用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用8． 关于热敏电阻以下说法中正确的选项是A． 热敏电阻的阻值随温度升高而增大B． 热敏电阻的阻值随温度升高而减小C． 热敏电阻的阻值随温度变化而均匀变化D． 热敏电阻可以用金属氧化物制作9． 一般光敏电阻的阻值随入射光强度的增加而＿＿＿＿＿．由于它对光照较敏感，所以可以作＿＿＿＿＿传感器．10． 在自动恒温装置中，某半导体材料的电阻率随温度的变化如图6－1－7所示，这种材料具有发热和控温双重功能．答复以下问题：图6－1－7〔1〕通电后，其电功率A． 先增大后减小B． 先减小后增大C． 一直不变D． 无法确定（1） 光其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在A． t1图6－1－8B． t2C． t1至t2的某一值上D． 大于t2的某一值上11． 按图6－1－8连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是＿＿＿＿＿；用电吹风对热敏电阻吹一会，会发现小灯泡＿＿＿＿＿，原因是＿＿＿＿＿；停止吹风，会发现＿＿＿＿＿；把热敏电阻放入冷水中会发现＿＿＿＿＿．12． 试推导霍尔电压的表达式UB＝kIN/d拓展提高★ 思维升华在理解材料上讲授的常见传感器工作原理的根底上，科学运用知识的正迁移，会分析新的传感器的工作原理，分析它们如何实现把非电学量转换为电学量的．★ 综合实践与创新1． 随着生活质量的提高，自动干 已经进入家庭．洗手后，将湿手靠近自动干 ，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干 能使传感器工作，是因为A． 改变了湿度B． 改变了温度C． 改变了磁场D． 改变了电容2．〔2000年全国理综〕如图6－1－9所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验说明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝KIB/d式中比例系数K称为霍尔系数．图6－1－9霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力到达平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．　设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，答复以下问题：（1） 到达稳定状态时，导体板上侧面A的电势＿＿＿＿＿＿下侧面A′的电势〔填高于、低于或等于〕．（2） 电子所受的洛伦兹力的大小为＿＿＿＿＿＿．（3） 当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为＿＿＿＿＿＿．（4） 当静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系统为k=1/ne，其中n代表导体板单位体积中电子的个数．课时1　传感器及其工作原理【课本导读】一、1．软磁性材料，开关，感知磁场　2．非电学量，电学量，电路的通断，力传感器二、1．半导体材料，半导体材料，减少，极少，不好，增多，变好　2．光照强弱这个光学量，电阻这个电学量三、1．增大，化学稳定性好，大，灵敏度　2．增强，明显减小，半导体材料，金属氧化物，较高　3．温度这个热学量四、1．半导体2．①如图题图6－1在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，那么薄片中的截流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。

②〔推导略〕，，薄片的厚度，霍尔系数，薄片的材料3．磁场感应强度，电压这个电学量【达标测试】1．ABD　2．BD　3．AD　4．ABC　5．B　6．B　7．CD　8．BD9．减小，光电 10．(1)A (2)C 11．由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；逐渐变亮电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，小灯泡不会立即熄灭，热敏电阻温度仍然较高；小灯泡熄灭12．(参见拓展提高第2图)【扩展提高】1．D 2．(1)低于 (2)eU/h(evB) (4)电子受到横向静电力横向静电力与洛伦兹力与洛伦兹力的作用，两力平衡，有eU/h=evB由上式，得U=hvB通过导体的电流密度I=neV·d·h，有U=kIB/d, 有hvB=k·neVB·d·h/d得k=I/ne。