1、,第六章传感器,1传感器及其工作原理,学科素养与目标要求,物理观念：,1.知道什么是传感器，知道其将非电学量转化为电学量的意义. 2.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.,科学探究：,通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的应用.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.传感器的定义：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.
2、 2.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 .,一、传感器及工作原理,物理,电学,通断,非电学量,控制,1.当半导体材料受到 或者温度 时，会有更多的电子获得能量成为_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 材料(如硫化镉)制成的，它的特点是光照越强，电阻越 .它能够把 这个光学量转换为 这个电学量.,二、光敏电阻的特点及工作原理,光照,升高,自由,半导体,小,光照强弱,电阻,1.热敏电阻：用 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. (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
3、电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻 . 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.,三、热敏电阻和金属热电阻的特点,半导体,增大,减小,升高,温度,1.霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受 和 二力平衡. 2.霍尔电压：UH (d为薄片的厚度，k为霍尔系数).其中 的变化与 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.,四、霍尔元件的特点,电场力,洛伦兹力,UH,B,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.()
4、(3)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,变小,变亮,重点探究,一、传感器,干簧管结构：如图甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁铁靠近干簧管时： (1)会发生什么现象，为什么？,导学探究,答案灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通.,甲乙,(2)干簧管的
5、作用是什么？,答案干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器.,1.传感器的原理,知识深化,2.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.,例1(2018扬州市邗江区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是 A.所有传感器都是由半导体材料制成的 B.金属材料也可以制成传感器 C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D.水银温度计是一种传感器,解析传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，所以A错误； 金属材料也可以制成传感器，所以B正确； 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，
6、所以C错误； 水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误.,二、光敏电阻及应用,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？,导学探究,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.,光敏电阻是由半导体材料制成的.它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大.,知识深化,例2(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为
7、光敏电阻，当入射光强度增大时 A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大,图2,解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误. 因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确. 结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.,三、热敏电阻和金属热电阻及应用,如图所示，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
8、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？,导学探究,答案由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；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，表针将向右偏.,1.金属热电阻：金属导体的电阻，随温度的升高而增大. 2.热敏电阻(负温度系数)：用半导体材料制成，其阻值随温度升高而减小.,知识深化,例3(多选)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3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻
9、越小)，C为电容器.当环境温度降低时 A.电容器C的带电荷量增大 B.电压表的读数增大 C.电容器C两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大,图3,又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；,含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 1.明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小. 2.分析整个回路的电阻的、电流的增减. 3.分析部分电路的电压、电流如何变化.,四、霍尔元件,如图所示，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M、N间会出现电压，称为霍尔电压UH. (1)分析为什么会出现电压.,导学探究,答案薄片中的载
10、流子在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向偏转，使M、N间出现了电压.,(2)试推导UH的表达式.,答案设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，受力分析如图所示 当洛伦兹力与电场力平衡时，M、N间电势差达到稳定值.,再根据电流的微观表达式InqvS，Sl2d,霍尔元件电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面.,知识深化,例4(2017扬州市邗江中学高二(下)期中)霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，
11、如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序.如图4所示是一霍尔元件的示意图，通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B，图中a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为d(a、b间距离)，ab间将出现电压Uab，则 A.a、b间电压Uab仅与磁感应强度B有关 B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则ab两端电压Uab0 C.若霍尔元件的载流子是正电荷，则ab两端电压Uab0 D.若增大霍尔元件宽度d，则ab间电压Uab一定增大,图4,若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子向a侧面偏转，a表面带负电，b表面带正电，所以b表面的电势高，则Uab0，故C错误
12、.,学科素养通过以上例题，进一步建立传感器的概念，了解各种传感器的工作原理，较好地体现了“物理观念”的学科素养.,达标检测,1.(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是 A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度 B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强 C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移,解析楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的
13、物理量是光强和声音，C正确.,1,2,3,4,2.(光敏电阻的特性)如图5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是 A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变,图5,解析滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大.,1,2
14、,3,4,3.(热敏电阻的特性)(2018如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图6所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15 27 的环境中工作.当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法中正确的是 A.环境温度降低，RM的阻值减小 B.环境温度升高，Uab变大 C.滑片P向下移动时，Uab变大 D.调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度,图6,解析环境温度降低时，RM变大，A错误； 环境温度升高，RM减小，Uab变小，B错误； 滑片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C错误； 调节滑片位置能改变临界温度，D正确.,1,2,3,4,4.(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图7所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则 A.电势ab B.电势ba C.仅电流增大时，|ab|增大 D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，a、b两点电势高 低情况仍然一样,1,2,3,4,图7,解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向a侧偏转，所以ba，B正确，A错误；,若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，|ab|0，即不产生霍尔效应，故D错误.,1,2,3,4,
