高二物理人教选修第六传感器及其工作原理探索.pptx

第六章 传感器 学案1　传感器及其工作原理 目标定位 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. 知识探究 自我检测 一、什么是传感器 问题设计 如图1所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭. 知识探究 图1 盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？ 答案　盒子里用到了干簧管.把干簧管串入电路，当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用. 要点提炼 1.干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个 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. 图2 软磁性材料 开关 感知磁场 2.传感器定义：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便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等 量)，或转换为电路的 的元件. 物理 电学 通断 3.非电学量转换为电学量的意义：把 转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和 . 4.在分析传感器时要明确： (1)核心元件是什么； (2)是怎样将非电学量转化为电学量的； (3)是如何显示或控制开关的. 非电学量 控制 二、光敏电阻 问题设计 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.此光电计数器的基本工作原理是什么？ 图3 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. 要点提炼 1.光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻. 2.原理：无光照时， 极少，导电性能 ；随着 的增强，载流子 ，导电性变好. 3.特点：光照越强，电阻越 . 4.作用：把 这个光学量转换为 这个电学量. 载流子 不好 光照 增多 小 光照强弱 电阻 三、热敏电阻和金属热电阻 问题设计 如图4所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡， 再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT (温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰 好指在刻度盘的正中央.若在RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？ 图4 答案　由于酒精挥发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏. 要点提炼 1.热敏电阻：用电阻随温度变化非常明显的 材料如(氧化锰)制成.按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻. (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻 . (2)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 . 半导体 增大 减小 2.金属热电阻：金属的电阻率随温度 而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成 传感器，称为热电阻. 3.热敏电阻和金属热电阻都能够把 这个热学量转换为 这个电学量.金属热电阻的 稳定性好，测温范围 ，但 较差. 升高 温度 温度 电阻 化学 大 灵敏度 四、霍尔元件 问题设计 如图5所示，在矩形半导体薄片E、F间通入 恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B， 则薄片中的载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移动，使M、 N间出现了电压，称为霍尔电压UH.试推导其表达式. 图5 答案　设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，薄片中的载流子受到洛伦兹力发生偏转，使半导体内部出现电场，载流子同时受到电场力和洛伦兹力的作用，当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定. 再根据电流的微观表达式I＝nqvS，S＝l2d 1.组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就成为一个霍尔元件. 2.原理：E、F间通入恒定的电流