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2019-2020年高中物理 6.1《傳感器及其工作原理》教案（2） 新人教版選修3-2 一、教學(xué)目標(biāo)概覽 1、知道什么是傳感器，傳感器的工作原理。 2、知道傳感器中常見的三種敏感元件及其它們的工作原理。 3、了解電容式傳感器的應(yīng)用。 二、聚焦重點難點 重點：理解并掌握傳感器的三種常見敏感元件的工作原理。 難點：分析并設(shè)計傳感器的應(yīng)用電路。 三、教學(xué)互動 （一）傳感器 1、概念：_____________________________________________。 2、原理圖： 3、三種常見的敏感元件 （1）光敏電阻 ①材料及構(gòu)造 ②工作原理 ③功能：把__________（光學(xué)量）轉(zhuǎn)換為______（電學(xué)量）。 （2）熱敏電阻和金屬熱電阻 ①熱敏電阻 a）材料 b）特點 c）功能：把_______轉(zhuǎn)換為_______（電學(xué)量）。 d）分類： 正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻（特點） 負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻（特點） ②金屬熱電阻 a）材料 b）特點 c）功能：把_______轉(zhuǎn)換為_______（電學(xué)量）。 （3）霍爾元件 ①材料及構(gòu)造 ②霍爾電壓：_________________________。 推導(dǎo)： ③功能：把_________（磁學(xué)量）轉(zhuǎn)換為_______（電學(xué)量）。 （二）傳感器的分類 1、分類 2、電容式傳感器 四、課堂探究 【例1】有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用墨紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是 （ ） A、置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻 B、置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻 C、用墨紙包住元件與不用墨紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻 D、用墨紙包住元件與不用墨紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻 【例2】如圖所示： （1）圖甲是________的電容式傳感器，原理是__________________________________________； （2）圖乙是________的電容式傳感器，原理是__________________________________________； （3）圖丙是________的電容式傳感器，原理是__________________________________________； （4）圖丁是________的電容式傳感器，原理是__________________________________________。 【例3】如圖所示，將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與NTC熱敏電阻Rt的兩端相連，這時指針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精，指針將向_____（填“左”或“右”）移動；若用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向Rt，則指針將向_____（填“左”或“右”）移動。 （遷移）若Rt為PTC熱敏電阻，情況如何？ 【例4】電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（即單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面積的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c。流量計的兩端與輸送流體的管道相連（圖中的虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料。現(xiàn)于流量計所在處加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 （ ） A、 B、 C、 D、 五、課堂跟蹤反饋 1.PTC熱敏電阻隨溫度升高而________，NTC熱敏電阻隨溫度升高而________；光敏電阻在光照射下其電阻顯著________. 2.如圖所示，是一種測定角度的傳感器，當(dāng)彼此絕緣的金屬板構(gòu)成的動片和定片之間的角度θ發(fā)生變化時，試分析傳感器是如何將這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的? 3.如圖所示是電阻式溫度計，一般是利用金屬鉑做的，已知鉑絲的電阻隨溫度的變化情況，測出鉑絲的電阻就可以知道其溫度.這實際上是一個傳感器，它是將________轉(zhuǎn)化為________來進行測量的. 4.在自動恒溫裝置中，某種半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，已知這種材料具有發(fā)熱和控溫雙重功能，下列說法正確的是： (1)通電前材料的溫度低于t1，通電后，電壓保持不變，它們功率是（ ） A.先增大后減小 B.先減小后增大 C.達到某一溫度后功率不變 D.功率一直在變化 (2)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在 （ ） A.t1 B.t2 C.t1到t2的某個溫度上 D.大于t2的某個溫度上 5.在如圖的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與D間距不變，下列說法正確的是 （ ） A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大 B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減少 C.當(dāng)滑動觸頭P向右移時，L消耗的功率可能不變 D.無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變 6.如圖所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，用光照射光敏電阻時，表針的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣?，則可判斷 （ ） A.θ=θ B.θ<θ C.θ>θ D.不能確定θ和θ的關(guān)系 六、課后自主評價 1.如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置的示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪.車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)光的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后就成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示.若實驗顯示單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量或數(shù)據(jù)是____________________；小車速度的表達式為v=_____________；行程的表達式為s=______________. 2.用傳感器進行自動控制時，常常要用到繼電器.如圖所示為初中學(xué)過的繼電器原理示意圖.其中L是電磁鐵，當(dāng)ab間接通電源后，銜鐵S被吸引向下，這樣，ce由原來閉合接通的狀態(tài)變?yōu)閿嚅_，而cd則由原來斷開的狀態(tài)變?yōu)殚]合接通.通常將傳感器、低壓電源接入與電磁鐵L相連的ab回路來執(zhí)行對繼電器的控制，而cde回路則用來執(zhí)行對有關(guān)電器的控制，試設(shè)計一個用光敏電阻來控制路燈的實驗電路，要求是光暗時燈亮，光亮?xí)r燈熄.可供選擇的儀器如下：光敏電阻、小燈泡、學(xué)生用電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線. 3.如圖所示是彩色電視接收機的消磁電路示意圖，R是熱敏電阻，L是消磁線圈，試說明此電路的工作過程。 4.（xx上海）圖為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感）的I-U關(guān)系曲線圖。 （1）為了通過測量得到圖中所示I-U關(guān)系的完整曲線，圖（a）和（b）兩個電路中應(yīng)選擇的是圖______；簡要說明理由：_____________________；（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑動變阻器的阻值為0～100Ω） （2）在右圖所示的電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω。由熱敏電阻的I-U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2＝_______Ω； （3）舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子。 5.（xx上海）一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫。將激光器與傳感器上下對準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時，傳感器接收到一個激光信號，并將其輸入計算機，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖（a）為該裝置示意圖，圖（b）為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示接受到的激光信號強度，圖中Δt1=1.010-3s，Δt2=0.810-3s。求： （1）利用圖（b）中的數(shù)據(jù)求1s時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度； （2）說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向； （3）求圖（b）中第三個激光信號的寬度Δt3。