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(通用版)2018-2019版高中物理第六章传感器6.1传感器及其工作原理学案新人教版选修3-2 (通用版)2018-2019版高中物理第六章传感器6.1传感器及其工作原理学案新人教版选修3-2 PAGE / NUMPAGES (通用版)2018-2019版高中物理第六章传感器6.1传感器及其工作原理学案新人教版选修3-2 传感器及其工作原理 [ 学习目标 ] 1. 了解什么是传感器， 感受传感技术在信息时代的作用与意义 .2. 知道将非电学 量转化为电学量的意义 .3. 了解光敏电阻、 热敏电阻、 金属热电阻和霍尔元件的性能， 知道其 工作原理及作用． 一、传感器及工作原理 1．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、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传送和处理的另一个物理量 ( 通常是电压、电流等电学量 ) ，或转换为电 路的通断的元件． 2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、 处理和控制． 二、光敏电阻的特点及工作原理 1．当半导体材料受到光照或者温度升高时， 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，于是导电能力明显增强． 2．光敏电阻是用半导体材料 ( 如硫化镉 ) 制成的． 它的特点是光照越强， 电阻越小． 它能够把 光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量． 三、热敏电阻和金属热电阻的特点 1．热敏电阻：用半导体材料制成．可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻． 正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大． 负温度系数的热敏电阻 ( 如氧化锰热敏电阻 ) 随温度升高电阻减小． 2．金属热电阻： 金属的电阻率随温度升高而增大， 利用这一特性， 金属丝也可以制作成温度 传感器，称为热电阻． 四、霍尔元件的特点 1．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡． IB 2．霍尔电压： UH＝ k d ( d 为薄片的厚度， k 为霍尔系数 ) ．其中 UH的变化与 B 成正比，所以霍 尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量． [ 即学即用 ] 1．判断下列说法的正误． (1) 传感器可以把非电学量转化为电学量． ( √ ) (2) 光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大． ( × ) 1 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) 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．如图 1 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， 电流表的读数 ________( 填“变大”或“变小” ) ， 小灯泡的亮度 ________( 填“变亮”或“变 暗”) ． 图 1 答案 变小 变亮 一、传感器 [ 导学探究 ] 干簧管结构： 如图 2 所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图 3 电路，当条形磁铁靠近干簧管时： 图2 图3 会发生什么现象，为什么？ 干簧管的作用是什么？ 答案 (1) 灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通． 干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器． [ 知识深化 ] 1．传感器的原理 非电学量 → 传感器 敏感元件、转换器件、转换电路 → 电学量 2．在分析传感器时要明确 核心元件是什么； 是怎样将非电学量转化为电学量； 是如何显示或控制开关的． 例 1 如图 4 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 2 过观察电压表示数可以了解油量情况．若将电压表分别接在 b、c 之间与 c、 d 之间，当油量 变化时，电压表的示数如何变化？ 图 4 答案 见解析 解析 把电压表接在 、 之间，油量增加时， R 减小，电压表的示数减小；油量减少时， R b c 增大，电压表的示数增大． 把电压表接在 c、d 之间，油量增加时， R减小，电路中电流增大， 则 R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．二、光敏电阻 [ 导学探究 ] 在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量， 如图 5 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 数器的基本工作原理是什么？ 图 5 答案 当光被产品挡住时， R1 电阻增大，电路中电流减小， R2 两端电压减小，信号处理系统 得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次． 例 2 ( 多选 ) 如图