【学案导学设计】高中物理 第三章 传感器 认识传感器 传感器的原理学案 粤教版选修32.doc

学案1认识传感器传感器的原理学习目标定位1.了解传感器的概念和种类，知道将非电学量转换成电学量的技术意义.2.知道常见敏感元件的工作原理.3.通过实验了解温度传感器、光电传感器的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性1电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越小，导电性能越好，定义式为.2平行板电容器的电容c.3当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，带电粒子受到的洛伦兹力的大小为fqvb，方向由左手定则判断一、什么是传感器1传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求2传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成二、传感器的分类传感器一般按被测量、工作原理、能量传递方式等进行分类三、两种重要的传感器1温度传感器：一种将温度变化转换成电学量变化的装置热敏电阻是利用半导体材料的阻值随温度的变化而变化的特性实现温度测量的2光电传感器：一种将光学量变化转换成电学量变化的传感器，就是光电传感器在光照作用下，其导电性能发生变化，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等一、什么是传感器及传感器的分类要点提炼1传感器是把非电学量变化转换为电学量变化的一种元件认识传感器就是明确传感器如何“感受”非电学量，常见的“感受”方式有改变接入电路的电阻、电容等2传感器的组成：(如图1所示，以话筒为例)图13传感器的分类(1)按被测量进行划分，可分为加速度传感器、速度传感器、位移传感器、压力传感器、温度传感器、负荷传感器、扭矩传感器等(2)按传感器的工作原理进行划分，可分为电阻应变式传感器、压电式传感器、电容式传感器、涡流式传感器、动圈式传感器、磁电式传感器、差动变压器式传感器等(3)按能量传递方式进行划分，可分为有源传感器和无源传感器两大类二、传感器的原理问题设计如图2所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻rt(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央若在rt上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图2答案由于酒精蒸发，热敏电阻rt温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻rt温度升高，电阻值减小，指针将向右偏要点提炼1温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置2热敏电阻：用半导体材料制成按热敏电阻阻值随温度变化而变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻(1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小3光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的传感器4光敏电阻一般由半导体材料制成特点：光照越强，电阻越小一、对传感器的认识例1如图3是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置其中电源电压保持不变，r是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？图3解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，r减小，电压表的示数减小；油量减少时，r增大，电压表的示数增大把电压表接在c、d之间，油量增加时，r减小，电路中电流增大，则r两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小答案见解析二、对热敏电阻的认识及应用例2如图4所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的iu关系曲线图图4(1)为了通过测量得到图示的iu关系的完整曲线，在图5甲、乙两个电路中应选择的是图_；简要说明理由：_.(电源电动势为9 v，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100 )图5(2)在图丙所示电路中，电源电压恒为9 v，电流表读数为70 ma，定值电阻r1250 .由热敏电阻的iu关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_ v；电阻r2的阻值为_ .(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子：_.解析(1)应选择图甲，原因是图甲所示电路电压可从0调到所需电压，调节范围较大(或图乙所示电路不能测得0附近的数据)(2)根据欧姆定律可得i1 a0.036 a所以i2ii10.07 a0.036 a0.034 a.由热敏电阻的iu关系曲线可知，当i0.034 a34 ma时，ut5.2 v所以r2 111.8 .答案(1)甲见解析(2)5.2111.8(3)热敏温度计(提出其他实例，只要合理均对)三、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用例3(双选)如图6所示，r1、r2为定值电阻，l为小灯泡，r3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图6a电压表的示数减小br2中电流减小c小灯泡的功率增大d电路的路端电压增大解析当光强度增大时，r3阻值减小，外电路电阻随r3的减小而减小，r1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，a、d项均错误由路端电压减小，而r1两端电压增大知，r2两端电压必减小，则r2中电流减小，故b项正确结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，c项正确答案bc传感器1(对电容式传感器的认识)(单选)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容c取决于极板正对面积s、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值如图7所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是()图7a甲图的传感器可以用来测量角度b乙图的传感器可以用来测量液面高度c丙图的传感器可以用来测量压力d丁图的传感器可以用来测量速度答案d解析甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化；丙图f变化能导致极板间距变化；丁图中位置变化导致电介质变化所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的的元件故选d.2(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)(双选)如图8所示电路中，电源电动势为e，内阻为r，rt为负温度系数热敏电阻，rg为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡l正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是()图8a温度不变，光照增强 b温度升高，光照不变c温度降低，光照增强 d温度升高，光照减弱答案ac题组一对传感器的认识1(双选)传感器担负着信息采集的任务，它可以()a将力学量(如形变量)转变成电学量b将热学量转变成电学量c将电学量转变成光学量d将电学量转变成力学量答案ab解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件故选项a、b对，选项c、d错2(单选)如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极在两极间加一电压u，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 ()图1a距离变化 b正对面积变化c电介质变化 d电压变化答案a解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号3(单选)有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为()a改变湿度 b改变温度c改变磁场 d改变电容答案d解析根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器，手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故d正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机4(单选)全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该水位自动感应装置采用的传感器是()a温度传感器 b压力传感器c生物传感器 d红外线传感器答案b解析水位不同，压力不同，压力传感器能将压力信号转换为电信号，b正确题组二对温度传感器、热敏电阻的认识及电路分析5(单选)如图2所示是观察电阻r的阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()图2a如果r为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显b如果r为金属热电阻，读数变小，且变化不明显c如果r为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显d如果r为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显答案c解析如果r为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故a、b均错；如果r为热敏电阻，读数变化非常明显，故c对，d错6(单选)如图3所示，r1为定值电阻，r2为负温度系数的热敏电阻，l为小灯泡，当温度降低时()图3ar1两端的电压增大b电流表的示数增大c小灯泡的亮度变强d小灯泡的亮度变弱答案c解析r2与灯泡l并联后再与r1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻r2阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡l两端的电压增大，灯泡的亮度变强，r1两端的电压减小，故只有c正确题组三对光敏电阻的认识及电路分析7(单选)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程下列属于这类传感器的是 ()a红外报警装置b走廊照明灯的声控开关c自动洗衣机中的压力传感装置d电饭煲中控制加热和保温的温控器答案a解析遥控器是利用红外线传输信号的，故a项正确8(双选)如图4所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数器的示意图，其中a是发光仪器，b是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是 ()图4a当传送带上没有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小b当传送带上没有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大c当传送带上有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小d当传送带上有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大答案ad解析光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小当传送带上没有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项a正确；相反，当传送带上有物品挡住由a射向b的光信号时，光敏电阻的