人教版物理选修3-2全册精品课件-第六章第一节.ppt

1、第六章传感器第六章传感器第六章传感器第六章传感器第一节传感器及其工作原理第一节传感器及其工作原理学习目标：学习目标：1.了解传感器的概念，知道非电学量转换成了解传感器的概念，知道非电学量转换成电学量的技术意义电学量的技术意义2通过实验，知道常见敏感元件的工作原理通过实验，知道常见敏感元件的工作原理3能够结合已学的知识，分析传感器在实际中的应用能够结合已学的知识，分析传感器在实际中的应用事例事例重点难点：重点难点：对传感器工作原理的理解对传感器工作原理的理解新知初探自主学习新知初探自主学习一、什么是传感器一、什么是传感器1.定义：感受定义：感受_量，并能把它们按照量，并能把它们按照一定的规律转换

2、为一定的规律转换为_量，或转换为电路量，或转换为电路的的_的一类元件的一类元件2.工作原理工作原理非电学非电学电学电学通断通断二、光敏电阻二、光敏电阻自主探究自主探究实验现象：将一只光敏电阻接到多用电表的两实验现象：将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为端，电表置于倍率为100的欧姆挡，用手掌遮光的欧姆挡，用手掌遮光时电阻值很大；在室内自然光的照射下时电阻值很大；在室内自然光的照射下,电阻值电阻值较小；用阳光直接照射下，电阻值很小较小；用阳光直接照射下，电阻值很小成功发现成功发现1特点：电阻值随光照增强而特点：电阻值随光照增强而_减小减小2原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，原因分析

3、：光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子无光照时，载流子_，导电性能，导电性能_；随着光照的增强，载流子随着光照的增强，载流子_，导电性，导电性_3作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量这个电学量少少差差增多增多增强增强三、热敏电阻和金属热电阻三、热敏电阻和金属热电阻自主探究自主探究图图611实验现象：将一只热敏电阻接到多用电表的实验现象：将一只热敏电阻接到多用电表的两端，分别用手和冷水去改变热敏电阻的温两端，分别用手和冷水去改变热敏电阻的温度，用手时电阻值较小，用冷水时，电阻值度，用手时电阻值较小，用冷水时，电阻值较大较大如图如图611为实验测

4、出的热敏电阻和金属热为实验测出的热敏电阻和金属热电阻的阻值电阻的阻值温度特性图线，由图线可以看温度特性图线，由图线可以看出，热敏电阻的阻值随温度升高而减小的非出，热敏电阻的阻值随温度升高而减小的非常明显，而金属热电阻的阻值随温度升高而常明显，而金属热电阻的阻值随温度升高而增大的不太明显增大的不太明显成功发现成功发现热敏电阻热敏电阻金属热电阻金属热电阻特点特点电阻率随温度升高而电阻率随温度升高而_电阻率随温度升电阻率随温度升高而高而_制作材料制作材料_金属金属优点优点灵敏度好灵敏度好化学稳定性好，化学稳定性好，测温范围大测温范围大作用作用将将_这个热学量转换为这个热学量转换为_这个这个电学量电学

5、量减小减小增大增大半导体半导体温度温度电阻电阻四、霍尔元件四、霍尔元件图图612要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1光敏电阻、热敏电阻的特性光敏电阻、热敏电阻的特性1.光敏电阻光敏电阻(1)光敏电阻的特性光敏电阻的特性光敏电阻是利用半导体材料制成的，在被光光敏电阻是利用半导体材料制成的，在被光照射时电阻发生变化，即随照射光强度的增照射时电阻发生变化，即随照射光强度的增加而减小加而减小(2)光敏电阻阻值变化的原因光敏电阻阻值变化的原因半导体材料受到的光照增强时，会有更多的半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空

6、穴，即载流子数增多，于是导电性明多的空穴，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小显地增强，电阻减小2.热敏电阻热敏电阻(1)热敏电阻的特性热敏电阻的特性热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负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，正温度系数的热敏电温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高阻值增大，负温度系数的热敏阻随温度升高阻值增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高阻值减小电阻随温度升高阻值减小(2)热敏电阻阻值变化的原因热敏电阻阻值变化的原因对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时有更

7、多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，阻值减小显地增强，阻值减小 图图613(2012山东实验中学高二检测山东实验中学高二检测)如图如图613所示，所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时为光敏电阻，当照射光强度增大时()A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大例例1【思路点拨思路点拨】当照射光强度增大时，光敏当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后根据直流电路

8、的动电阻阻值发生变化，然后根据直流电路的动态分析方法进行判断态分析方法进行判断【精讲精析精讲精析】光的强度是被测量，光敏电光的强度是被测量，光敏电阻阻R3为光敏感元件，同时也是转换器件当为光敏感元件，同时也是转换器件当光强度增大时，光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，的减小而减小，R1两端电压因干路电流增两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，压减小，而电压表的示数增大，A项正确，项正确，D项错误由路端电压减小，而项错误由路端电压减小，而R1两端电压增两端电压增大，可

9、知大，可知R2两端电压必减小，则两端电压必减小，则R2中电流减中电流减小，故小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确项正确【答案答案】ABC【规律总结规律总结】解决光敏电阻相关的问题，解决光敏电阻相关的问题，要分两步走要分两步走(1)明确光敏电阻的阻值随光照如何变化明确光敏电阻的阻值随光照如何变化(2)结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路的欧姆定律等相关运算，解决光敏电阻对电的欧姆定律等相关运算，解决光敏电阻对电路的影响路的影响变式训练变式训练

10、1.在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制如图化可实现对电路相关物理量的控制如图614所示电路，所示电路，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为半导体热敏电为半导体热敏电阻阻(温度越高电阻越小温度越高电阻越小)，C为电容器当环境温为电容器当环境温度降低时度降低时()图图614A电容器电容器C的带电量增大的带电量增大B电压表的读数增大电压表的读数增大C电容器电容器C两板间的电场强度减小两板间的电场强度减小DR1消耗的功率增大消耗的功率增大如图如图615是霍尔元件的工作原理示意是霍尔元件的工作原理示意图，如果用图，如果用d表示薄片

11、的厚度，表示薄片的厚度，k为霍尔系数，为霍尔系数，对于一个霍尔元件对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持为定值，如果保持I恒定恒定,则可以验证则可以验证UH随随B的变化情况以下说法中正确的变化情况以下说法中正确的是的是(工作面是指较大的平面工作面是指较大的平面)()图图615例例2A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，工作面，UH将变大将变大B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件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的工作面应保持水平C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元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件的工作

12、面应保持水平D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化将发生变化【思路点拨思路点拨】解答本题应把握以下两点解答本题应把握以下两点(1)掌握掌握UH与与I、B的关系的关系(2)磁感线方向变化引起磁感线方向变化引起UH的变化的变化【答案答案】ABD 图图616变式训练变式训练2.如图如图616所示，截面为矩形的金属导体，放所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势的关系为表面的电势的关系为()AMN BMNCMN D无法判断无法判断解析：选解析：选A.霍尔效应形成的原因是因为

13、带电粒子霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的,根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向向N板运动，则板运动，则M板剩下正电荷，所以板剩下正电荷，所以MN.热点示例创新拓展热点示例创新拓展电容式传感器电容式传感器 1.原理原理电容器的电容电容器的电容C取决于极板正对面积取决于极板正对面积S，极板，极板间距离间距离d及极板间电介质这几个因素，如果某及极板间电介质这几个因素，如果某一物理量一物理量(如角度如角度、位移、位移x、深度、深度h等等)的变化的变化能引起上述某一因素的

14、变化，从而引起电容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上述物理量的变化2.常见电容式传感器常见电容式传感器名称名称传感器传感器原理原理测定角测定角度度的电容的电容式传感式传感器器当动片与定片之间的角当动片与定片之间的角度度发生变化时，引起极发生变化时，引起极板正对面积板正对面积S的变化，使的变化，使电容电容C发生变化，知道发生变化，知道C的变化，就可以知道的变化，就可以知道的的变化情况变化情况名称名称传感器传感器原理原理测定液测定液面面高度高度h的的电容式电容式传感器传感器在导线芯的外面涂上一层在导线

15、芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电芯外面的绝缘物质就是电介质，液面高度介质，液面高度h发生变发生变化时，引起正对面积发生化时，引起正对面积发生变化，使电容变化，使电容C发生变发生变化知道化知道C的变化，就可的变化，就可以知道以知道h的变化情况的变化情况名称名称传感器传感器原理原理测定压测定压力力F的电的电容式传容式传感器感器待测压力待测压力F作用于可动作用于可动膜片电极上的时候，膜膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间片发生形变，使极板间距离距离d发生变化，

16、引起电发生变化，引起电容容C的变化，知道的变化，知道C的变的变化，就可以知道化，就可以知道 F F的变的变化情况化情况名称名称传感器传感器原理原理测定测定位移位移x的电的电容式容式传感传感器器随着电介质进入极板间随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容的长度发生变化，电容C发生变化，知道发生变化，知道C的的变化，就可以知道变化，就可以知道x的的变化情况变化情况经典案例经典案例如图如图617所示是电容式话筒所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振

17、动膜上的金属层几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间和这个金属板构成电容器的两极，在两极间一电压一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的容器两板间的()A距离变化距离变化B正对面积变化正对面积变化C介质变化介质变化 D电压变化电压变化【解题样板解题样板】平行板电容器的电容平行板电容器的电容CrS/d,本例中的介质没有变化，正对面积也没有变化本例中的介质没有变化，正对面积也没有变化,引起电容变化的因素是板间距离引起电容变化的因素是板间距离d.【答案答案】A图图617【规律总结规律总结】电容式传感器是应用了电容电容式传感器是应用了电容器的电容跟板间距离、正对面积、电介质及器的电容跟板间距离、正对面积、电介质及引起它们改变的因素引起它们改变的因素(如力、位移、压强、声如力、位移、压强、声音等音等)的关系，将这些非电学量转化为电容器的关系，将这些非电学量转化为电容器的电容这个电学量的电容这个电学量