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111 選修3-2第六章第1節(jié)：傳感器及其工作原理學(xué)案 課前預(yù)習(xí)學(xué)案 預(yù)習(xí)內(nèi)容 【預(yù)習(xí)目標(biāo)】：了解什么是傳感器，傳感器中常見的三種敏感元件光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件及其它們的工作原理。 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(fù)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）。傳感器功能：能將力、溫度、光、聲、物質(zhì)成分等_________轉(zhuǎn)化為______的 課內(nèi)探究學(xué)案 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 （1）、了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義； （2）、知道傳感器中常見的三種敏感元件光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件及其它們的工作原理。 （3）、了解傳感器的應(yīng)用。 （4）、通過對實驗的觀察、思考和探究，讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實踐能力和創(chuàng)新思維能力。 【學(xué)習(xí)重點】：理解并掌握傳感器的三種常見敏感元件的工作原理。 【學(xué)習(xí)難點】：分析并設(shè)計傳感器的應(yīng)用電路。 【學(xué)習(xí)用具】：干簧管，磁鐵，光敏電阻、熱敏電阻演示儀、傳感器簡單應(yīng)用實驗盒、萬用表。 【學(xué)習(xí)過程】 （一）傳感器 【身邊現(xiàn)象觀察】感受傳感技術(shù)在信息時代的作用和意義 1、自動門，利用人體的紅外微波來開關(guān)門 2、日光控制路燈的開關(guān) 3、遙控器控制電視開關(guān) 4、聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)等 5、煙霧報警器，利用煙敏電阻來測量煙霧濃度，從而達(dá)到報警目的 6、手機，數(shù)碼相機的照相機，利用光學(xué)傳感器來捕獲圖象 7、電子稱，利用力學(xué)傳感器（導(dǎo)體應(yīng)變片技術(shù)）來測量物體對應(yīng)變片的壓力，從而達(dá)到測量重量目的 8、水位報警，溫度報警，濕度報警，光學(xué)報警等都是…… 9、機器人：傳感器在機器人中，是必不可少的元件。傳感器是機器人獲取外部部信息的唯一途徑。有的傳感器就像人的眼睛，可以感受到光的強弱，有的傳感器則像人的皮膚，可以感受到溫度的變化，有的傳感器還能聽到聲音。傳感器就是機器人的感覺器官，它能將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號，并傳送給單片機進(jìn)行加工處理。安裝了各種傳感器的簡易機器人具有對外界環(huán)境的變化作出反應(yīng)的能力。 【導(dǎo)讀】仔細(xì)研讀教材P51—52，體會什么是傳感器以及傳感器的作用 傳感器的定義： 角度 位移 電流 速度 傳感器 壓力 電壓 濕度 聲強 光照 干簧管和音樂茶杯能夠感受非電學(xué)量并將它按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的一類元件或組件 傳感器的工作原理： 【導(dǎo)讀】研讀課文P52，體會光敏電阻和熱敏電阻的作用，能區(qū)分熱敏電阻和金屬熱電阻 Ω 【導(dǎo)思】根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材P57的內(nèi)容，思考問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ （4）如右圖所示，隨著光照強度的增加，多用表的指針將如何偏轉(zhuǎn)？ 【導(dǎo)思】根據(jù)演示實驗并結(jié)合教材58頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題： （1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ （4）隨著熱水倒入多少的不同，歐姆表有何變化 元件。 （二）當(dāng)堂檢測 R1 R2 R3 b a 例1：如圖，R2為熱敏電阻，a、b間接報警器。當(dāng)溫度升高時，a、b間電壓將？ 例2、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?，F(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、 例5、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(jìn)行測量的. （三）課后練習(xí)與提高 1．關(guān)于光敏電阻，下列說法正確的是（ ） A．光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 B．硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好 C．硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照射時，載流子較少，導(dǎo)電性能良好 D．半導(dǎo)體材料的硫化鎘，隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性能變好 2．霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個量（ ） A．把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 B．把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 C．把力轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量 D．把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量 ３．如圖所示是測定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化（ ） A．電介質(zhì)進(jìn)入極板的長度 第3題 B．兩極板間距 C．兩極板正對面積 第4題 R2 R1 R3 D．極板所帶電量 ４．如圖所示，Ｒ１、Ｒ２為定值電阻，Ｌ是小燈泡，Ｒ３為光敏電阻，當(dāng)照射光強度增大時，（ ） A．電壓表的示數(shù)增大 B．Ｒ２中電流減小 C．小燈泡的功率增大 第5題 R3 R4 R1 R2 D．電路的路端電壓增大 5．如圖所示，Ｒ３是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)Ｓ閉合后在沒有光照射時，a、b兩點等電勢，當(dāng)用光照射電阻Ｒ３時，則（ ） A．Ｒ３的電阻變小，a點電勢高于b點電勢 B．Ｒ３的電阻變小，a點電勢低于b點電勢 C．Ｒ３的電阻變小，a點電勢等于b點電勢 D．Ｒ３的電阻變大，a點電勢低于b點電勢 6．有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ） A．金屬導(dǎo)體 B．絕緣體 C．半導(dǎo)體 D．超導(dǎo)體 7．如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖?，F(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是（ ） A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 第7題 C．如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻（用半導(dǎo)體材料制作），讀數(shù)變化不明顯 8．如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法中正確的是（ ） A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B．在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 第8題 C．在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 9．如圖所示寬度為d，厚度為h的金屬板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，當(dāng)有電流I通過金屬板時，在金屬板上側(cè)面A和下側(cè)面間產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)，若金屬板內(nèi)自由電子密度為n，則產(chǎn)生的電勢差U＝___________ 第9題 答案：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD 9、 111