高中物理《傳感器及其工作原理》學(xué)案4(新人教版選修3-2)
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111 傳感器及其工作原理 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、 知道什么是傳感器 2、 了解傳感器的常用元件的特征 【自主學(xué)習(xí)】 一、 傳感器: 傳感器是指這樣一類元件:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_____量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等____量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后,就可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制了。 傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成,通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換____信號(hào),通過輸出部分輸出,然后經(jīng)控制器分析處理。 常見的傳感器有:_____、_____、_____、_____、力 傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。 二、 常見傳感器元件: 1、 光敏電阻:光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體,無光照時(shí),載流子極少,導(dǎo)電性能不好;隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性能變好,光敏電阻能夠把_____ 這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛,可以看到光線的強(qiáng)弱。 2、金屬熱電阻和熱敏電阻:金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而____,用金屬絲可以制作____傳感器,稱為_____。它能用把____這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個(gè)電學(xué)量。 熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而____或____。 與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的_____好,測溫范圍___,但____較差。 3、電容式位移傳感器能夠把物體的____這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為___這個(gè)電學(xué)量。 4、霍爾元件能夠把______這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 【典型例題】 例一、 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一熱敏電阻Rt的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精,表針將向____(填“左”或“右”)移動(dòng);若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將向____(填“左”或“右”)移動(dòng)。 例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測壓力F作用于可動(dòng)膜片電極時(shí),可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的變化,將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路,那么( ) A、 當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將減小 B、 當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將增大 C、 若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F發(fā)生變化 D、 若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F不發(fā)生變化 例三、如圖所示,有電流I流過長方體金屬塊,金屬塊寬度為d,高為b,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里,金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,試問金屬塊上、下表面哪面電勢高?電勢差是多少?(此題描述的是著名的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象) 【針對(duì)訓(xùn)練】 1、簡單的說,光敏電阻就是一個(gè)簡單的_____傳感器,熱敏電阻就是一個(gè)簡單的_____傳感器。 2、 為解決樓道的照明,在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與電燈控制電路的相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí),電燈即與電源接通而發(fā)光,這種傳感器為____傳感器,它輸入的是____信號(hào),經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后,輸出的是____信號(hào)。 3、 如圖所示,是一個(gè)測定液面高度的傳感器,在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì),放在導(dǎo)電液體中,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容品的兩極,把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時(shí),則導(dǎo)電液體的深度h變化為( ) A、 h增大 B、 h減小 C、h不變 D、無法確定 4、 如圖所示,R1為定值電阻,R2為熱敏電阻,L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí)( ) A、 R1兩端的電壓增大 B、 電流表的示數(shù)增大 C、 小燈泡的亮度變強(qiáng) D、 小燈泡的亮度變?nèi)? 5、 如圖所示,為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(dòng)片與定片之間的角度發(fā)生變化時(shí),試分析傳感器是如何將它的這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的。 【能力訓(xùn)練】 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(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 B、 硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料,無光照射時(shí),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(shí),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(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性能變好 2、霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個(gè)量( ) A、 把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量 B、 把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 C、 把力轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 D、 把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)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(gè)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 B、兩極板間距 C、兩極板正對(duì)面積 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(qiáng)度增大時(shí),( ) 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 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(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢,當(dāng)用光照射電阻R3時(shí),則( ) A、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 B、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 C、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢等于b點(diǎn)電勢 D、R3的電阻變大,a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 6、有一電學(xué)元件,溫度升高時(shí)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 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、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(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值,如果保持I恒定,則可以驗(yàn)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(gè)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(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C、 在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時(shí),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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)有電流I通過金屬板時(shí),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=_____ 【學(xué)后反思】 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 參考答案 典型例題: 例1、 分析:若往Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸發(fā)吸熱,熱敏電阻Rt溫度降低,電阻值增大,所以電流減小,指針應(yīng)向左偏;用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,電阻Rt溫度升高,電阻值減小,電流增大,指針向右偏。_左_ _右__ 例2、分析:熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化,定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化;光敏電阻的阻值隨光照變化而變化,定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。 答案:AC 例3、分析:當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容器的電容將增大,電流計(jì)有示數(shù),則壓力F發(fā)生了變化。 答案:BC 例4、解:因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮?,故由左手定則可判斷電子向上偏,則上表面聚集負(fù)電荷,下表面帶多余的正電荷,故下表面電勢高,設(shè)其穩(wěn)定電壓為U。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時(shí),即q=QvB 又因?yàn)閷?dǎo)體中的電流I=neSv=nevbd 故U= 答案:下表面電勢高 電勢差為 針對(duì)訓(xùn)練: 1、 光電 熱電 2、 聲控 聲音 電 3、 A 4、C 5、角度增大,正對(duì)面積減小,電容器電容變小 能力訓(xùn)練:1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A 6、C 7、C 8、ABD 9、 111- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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