資源簡介

(共33張PPT)
第2節(jié) 常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
第五章
人教版 高中選擇性必修第二冊
金屬熱電阻和熱敏電阻
02
電阻應(yīng)變片
03
鞏固提升
05
光敏電阻
01
思維拓展
04
新課導(dǎo)入
力
溫度
光
聲
化學(xué)成分
電壓
電流
電路的通斷
傳感器是怎樣感知非電學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的呢？利用不同的敏感元件制成的各種傳感器又有哪些應(yīng)用呢？
光敏電阻
PART 01
光敏電阻的制作
01
把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個互不相連的柵狀電極。
硫化鎘
光強——電阻率小
光弱——電阻率大
光敏電阻
實 驗：觀察光敏電阻特性
02
【實驗原理】光敏電阻的阻值會隨著光照強度的增加而不斷減小，用歐姆表連接電阻，用不同強度的光照射電阻，通過觀察歐姆表的示數(shù)變化，來研究光敏電阻與光強的關(guān)系。
【實驗器材】光敏電阻、多用電表、導(dǎo)線、電源。
實 驗：觀察光敏電阻特性
02
實 驗：觀察光敏電阻特性
02
（1）光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，隨著光強的增加阻值不斷減小，強光照射下電阻值很小;
【實驗結(jié)論】
（2）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。
光敏電子的工作原理
03
光敏電阻工作原理：
光照增強 半導(dǎo)體材料中的載流子（自由電子和空穴）濃度增加 材料的電阻率減小
光學(xué)量（光照強度）
→
電學(xué)量（電阻）
作用：把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。
金屬熱電阻和熱敏電阻
PART 02
金屬熱電阻
01
規(guī) 律：
電阻隨溫度的升高而增大。
優(yōu)缺點：
熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。
電阻—溫度特性曲線
R
T
o
常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做 電阻溫度計。
金屬熱電阻
01
熱敏電阻
02
觀察熱敏電阻特性
將多用電表的選擇開關(guān)調(diào)到電阻擋（注意選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩?，然后仿照圖所示的方法，將一只熱敏電阻連接到多用電表表筆的兩端。分別用手和冷水改變熱敏電阻的溫度，觀察電阻的變化情況。
熱敏電阻
02
實驗現(xiàn)象
熱敏電阻放溫水后，電流表讀數(shù)明顯增大，
溫度升高，熱敏電阻的阻值顯 著減小。
實驗結(jié)論
熱敏電阻的應(yīng)用
03
——低油位報警裝置
當(dāng)液面高于熱敏電阻的高度時，熱敏電阻發(fā)出的熱量會被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。
給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會發(fā)熱。
當(dāng)液體減少、熱敏電阻露出液面時，發(fā)熱導(dǎo)致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。
通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設(shè)定值。
油位高→電阻大→燈不亮
油位低→電阻小→燈亮
液位報警示意圖
電阻應(yīng)變片
PART 3
01
原理與特性
我們知道，電阻與導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積有關(guān)。當(dāng)金屬絲受到拉力時，長度變長、橫截面積變小，導(dǎo)致電阻變大；當(dāng)金屬絲受到壓力時，長度變短、橫截面積變大，導(dǎo)致電阻變小。
我們怎么根據(jù)這個原理制造傳感器？
拉力→L變長→S變小→電阻變大
壓力→L變短→S變大→電阻變小
金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)
01
原理與特性
半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片
當(dāng)單晶半導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。
電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。
原理
常見的一種力傳感器：
應(yīng)變式力傳感器
應(yīng)變片
金屬梁
02
應(yīng)用實例——電子秤
金屬梁
應(yīng)變片
應(yīng)變片
F
在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變小。力F越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的電阻變化就越大。
思維拓展
PART 4
01
電容式位移傳感器
如圖所示，當(dāng)被測物體在左、右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動。如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化。用什么方法可以檢測電容的變化？
電容式位移傳感器能把物體的位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個電學(xué)量。
根據(jù)電容的定義式 ，可知，給電容器帶上一定的電荷，然后用靜電計來檢測兩極板間電勢差的變化，就可判斷電容的變化。
01
電容式位移傳感器
（1）改變S：測量角度θ 、液面高度h等
定片
動片
θ
電介質(zhì)
金屬芯線
導(dǎo)電液體
角度、深度
位移、壓力
電容
傳感器
電容
（2）改變d：測量壓力F
待測壓力F
固定電極
可動電極
（3）改變ε：測量位移x
電容器極板
電介質(zhì)板
被測物體
電容式位移傳感器
x
02
霍爾效應(yīng)
在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體中能夠自由移動的帶電粒子在洛倫茲力的作用下，會發(fā)生什么現(xiàn)象？
02
霍爾效應(yīng)
洛倫茲力等于電場力：
電流微觀表達式：
聯(lián)立得：
令
02
霍爾效應(yīng)
02
霍爾效應(yīng)
霍爾傳感器應(yīng)用實例:
永久磁鐵和
霍爾元件
①電動車加速器
位置→磁場→電壓→控制器控制車速
②霍爾無刷電動機(直流電源)
位置→ → →
三個霍爾
傳感器
三個
電壓
控制器控制
三個線圈
中的電流
課堂總結(jié)
常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
光敏電阻
電阻應(yīng)變片
金屬熱電阻和熱敏電阻
思維拓展
鞏固提升
PART 4
鞏固提升
1.非觸摸式自動感應(yīng)水龍頭如圖所示,其應(yīng)用的傳感器是(　　)
A.壓力傳感器 B.光電傳感器
C.生物傳感器 D.溫度傳感器
答案:B
解析:自動感應(yīng)水龍頭應(yīng)用的是光電傳感器。
鞏固提升
2.如圖甲所示,光敏電阻R2上加上如圖乙所示的光照,那么R2兩端的電壓變化是下列圖中的(　　)
答案:B
解析:光敏電阻阻值隨光照的增強而減小,根據(jù)題圖知R2兩端的電壓隨光照的增強而減小,但不會是零,所以選B。
鞏固提升
3.(多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制。如圖所示電路,R1為定值電阻,R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小),C為電容器。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(　　)
A.電容器C的帶電荷量增大
B.電壓表的讀數(shù)增大
C.電容器C兩板間的電場強度減小
D.R1消耗的功率增大
答案:AB
鞏固提升
4.(多選)霍爾元件的示意圖如圖所示,一塊通電的銅板放在磁場中,銅板的前、后板面垂直于磁場,板內(nèi)通有如圖方向的電流,a、b是銅板上、下邊緣的兩點,則(　　)
A.電勢φa>φb
B.電勢φb>φa
C.B一定,電流增大時,|φa-φb|增大
D.其他條件不變,將銅板改為NaCl溶液時,電勢結(jié)果仍然一樣
解析:銅板中的自由電荷是電子,電子定向移動的方向與電流的方向相反,由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向b側(cè)偏轉(zhuǎn),所以φa>φb,A對,B錯;因|φa-φb|=k ,所以B一定,電流增大時,|φa-φb|增大,C對;若將銅板改為NaCl溶液,溶液中的正、負離子均向b側(cè)偏轉(zhuǎn),|φa-φb|=0,即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng),故D選項錯誤。
答案:AC
第2節(jié) 常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
人教版 高中選擇性必修第二冊

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