河北省唐山市开滦第二中学高中物理 6.3 实验 传感器的简单应用导学案 新人教版选修32.doc

河北省唐山市开滦第二中学高中物理 6.3 实验 传感器的简单应用导学案 新人教版选修3-2【学习目标】1、 知道传感器的意义2、 了解制作传感器的常用元件（光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件、干簧管等）的特征3、 了解常见传感器(电子秤、话筒、电熨斗、测温仪、鼠标、火灾报警器)的工作原理，了解光控开关、温度报警器的原理.【重点难点】了解各类传感器的工作原理及其应用【学习内容】课前自学：传感器1、意义：传感器是把非电学物理量（如_、_、_、_、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如_、电流、_等）或电路的通断的一种组件。起自动控制作用。2、敏感元光敏电阻：是一种能感知光强的_，电阻随光照的增强而_热敏电阻：是一种能感知_的传感器，电阻一般随温度_电阻减小金属热电阻：是一种能感知温度的传感器，温度升高电阻_霍尔元件：是一种能感知_的传感器电容式位移传感器：是一种能感知_的传感器3、常见传感器及应用（1）、力传感器-电子秤：将应变片的形变量转化为_（2）声传感器-话 筒：将声学量转化为_（3）温度传感器电熨斗：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断电饭锅：双金属片温度传感器的作用:控制电路的通断测温仪：将温度转化为电学量（不同温度发射红外线不同）温度报警器：_（4）光传感器机械鼠标器：_火灾报警器：_核心知识探究应用举例1霍尔元件的工作原理：霍尔元件是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图所示，沿pq方向通人电流i，垂直于薄片加匀强磁场b，则在mn间会出现电势差u。设薄片厚度为d，pq方向长度为l1，mn方向长度为l2薄片中的带电粒子受到磁场力发生偏转，使n侧电势高于m侧，造成半导体内部出现电场带电粒子同时受电场力作用当磁场力与电场力平衡时，mn间电势差达到恒定qu/l2=qvb 再根据电流的微观解释inqsv，得u=ib/nqd 令k=1/nq u=kib/d 即u与b成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因了2电饭锅的工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热3.机械式鼠标器的工作原理：如图所示，鼠标器移动时，滚球运动通过滚轴带动两个码盘转动，红外接收管就收到断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，计算机分别统计x、y两个方向的脉冲信号，处理后使红外接收管屏幕上的光标产生相应的位移4光控开关的工作原理：如图所示，白天，光强度较大，光敏电阻rg电阻值较小，加在斯密特触发器a端的电压较低，则输出端y输出高电平，发光二极管led不导通；当天色暗到一定程度时，rg的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端a的电压上升到某个值(16 v)，输出端y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。要想在天更暗时路灯才会亮，应该把r1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端a电压达到某个值(如16 v)，就需要rg的阻值达到更大，即天色更暗5温度报警器的工作原理：如图所示，常温下调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平，则输出端y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻rt阻值减小，斯密特触发器输入端a电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，r1的阻值不同，则报警温度不同 解题方法探究1. 考查传感器元件的基本常识2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术,被认为是纳米技术的第一次真正应用在下列有关其它电阻应用的说法中。错误的是： （ ） a.热敏电阻可应用于温度测控装置中 b.光敏电阻是一种光电传感器 c.电阻丝可应用于电热设备中 d.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用。【解析】a选项：热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度的函数关系，测得该热敏电阻的值即可获取温度，从而应用于温度测控装置中，a选项正确。b选项：光敏电阻是将光信号与电信号进行转换的传感器，b选项正确。c选项：电阻丝通过电流会产生热效应，可应用于电热设备中，c选项正确。d选项：电阻对直流和交流均起到阻碍的作用，d选项错误。2. 测物体加速度（加速度计） 加速度计是测定物体加速度的仪器，它已成为导弹、飞机、潜艇后宇宙飞船制导系统的信息源。如图为应变式加速度计示意图，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器r上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移，并转化为电信号输出，已知：敏感元件的质量为m，两弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为e，内电阻不计，滑动变阻器的总电阻为r，有效长度为l，静态时输出电压为u0。试求加速度a与输出电压u的关系式。3. 传感器在现实生活中应用分析用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。 【解析】热敏电阻正常时电阻值大，ab间电流小，电磁继电器磁性弱，衔铁与上触点接触，绿灯泡亮。受热时电阻值小，ab间电流大，电磁继电器磁性强，衔铁与下触点接触，电铃响。 将热敏电阻、小灯泡、学生用电源、滑动变阻器、开关串联接入继电器的a、b端。 将学生用电源与绿灯泡分别接入c、e之间。将学生用电源与电铃分别接入c、d、之间。点评：提高灵敏度，应该如何调节滑动变阻器？答：应该把滑动变阻器接入电路的阻值调小。在上图中滑片向右移动。【课堂小结与反思】【课后作业与练习】1 在自动恒温装置中，某半导体材料的电阻率随温度的变化如图617所示，这种材料具有发热和控温双重功能回答下列问题：（1）通电后，其电功率a 先增大后减小b 先减小后增大c 一直不变d 无法确定（2）光其产生的热量与