高中物理 6.1《传感器及其工作原理》教案（2） 新人教版选修3-2

1 6 1 6 1 传感器及其工作原理传感器及其工作原理 一 教学目标概览 1 知道什么是传感器 传感器的工作原理 2 知道传感器中常见的三种敏感元件及其它们的工作原理 3 了解电容式传感器的应用 二 聚焦重点难点 重点 理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理 难点 分析并设计传感器的应用电路 三 教学互动 一 传感器 1 概念 2 原理图 3 三种常见的敏感元件 1 光敏电阻 材料及构造 工作原理 功能 把 光学量 转换为 电学量 2 热敏电阻和金属热电阻 热敏电阻 a 材料 b 特点 c 功能 把 转换为 电学量 d 分类 正温度系数 PTC 热敏电阻 特点 负温度系数 NTC 热敏电阻 特点 金属热电阻 a 材料 b 特点 c 功能 把 转换为 电学量 3 霍尔元件 材料及构造 霍尔电压 推导 功能 把 磁学量 转换为 电学量 二 传感器的分类 1 分类 2 电容式传感器 2 四 课堂探究 例 1 有定值电阻 热敏电阻 光敏电阻三只元件 将这三只元件 分别接入如图所示电路中的 A B 两点后 用墨纸包住元件或者把元件置入 热水中 观察欧姆表的示数 下列说法中正确的是 A 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定 是热敏电阻 B 置入热水中与不置入热水中相比 欧姆表示数不变化 这只元件一定是定值电阻 C 用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比 欧姆表示数变化较大 这只元件一定是光敏 电阻 D 用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比 欧姆表示数相同 这只元件一定是定值电阻 例 2 如图所示 1 图甲是 的电容式传感器 原理是 2 图乙是 的电容式传感器 原理是 3 图丙是 的电容式传感器 原理是 4 图丁是 的电容式传感器 原理是 例 3 如图所示 将万用表的选择开关置于 欧姆 挡 再将电表的 两支表笔与 NTC 热敏电阻 Rt的两端相连 这时指针恰好指在刻度盘的正中间 若往 Rt上擦一些酒精 指针将向 填 左 或 右 移动 若用吹风 机将热风吹向 Rt 则指针将向 填 左 或 右 移动 迁移 若 Rt为 PTC 热敏电阻 情况如何 例 4 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体 如污水 在管 中的流量 即单位时间内通过管内横截面积的流体的体积 为了简 化 假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道 其中空部 分的长 宽 高分别为图中的 a b c 流量计的两端与输送流体的管道相连 图中的虚线 图中流量计的上下两面是金属材料 前后两面是绝缘材料 现于流量计所在处加磁感应强度 为 B 的匀强磁场 磁场方向垂直于前后两面 当导电流体稳定地流经流量计时 在管外将流 量计上 下两表面分别与一串接了电阻 R 的电流表的两端连接 I 表示测得的电流值 已知 流体的电阻率为 不计电流表的内阻 则可求得流量为 3 A a c bR B I B c b aR B I C b a cR B I D a bc R B I 五 课堂跟踪反馈 1 PTC热敏电阻随温度升高而 NTC热敏电阻随温度升高而 光敏电阻在光 照射下其电阻显著 2 如图所示 是一种测定角度的传感器 当彼此绝缘的金属板构成的动片和定 片之间的角度 发生变化时 试分析传感器是如何将这种变化转化为电学量 的 3 如图所示是电阻式温度计 一般是利用金属铂做的 已知铂丝 的电阻随温度的变化情况 测出铂丝的电阻就可以知道其温度 这实际上是一个传感器 它 是将 转化为 来进行测量的 4 在自动恒温装置中 某种半导体材料的电阻率与温度的关系如图所示 已知这种材料具有发热和控温双重功能 下列说法正确的是 1 通电前材料的温度低于 t1 通电后 电压保持不变 它们功率是 A 先增大后减小B 先减小后增大 C 达到某一温度后功率不变D 功率一直在变化 2 其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在 A t1B t2C t1到t2的某个温度上D 大于t2的某个温度上 5 在如图的电路中 电源两端的电压恒定 L 为小灯泡 R 为光敏电阻 D 为发光二极管 电 流越大 发出的光越强 且 R 与 D 间距不变 下列说法正确的是 A 当滑动触头P向左移动时 L消耗的功率增大 B 当滑动触头P向左移动时 L消耗的功率减少 C 当滑动触头P向右移时 L消耗的功率可能不变 D 无论怎样移动触头P L消耗的功率都不变 6 如图所示 将一光敏电阻连入多用电表两表笔上 将多用电表的选择开关置于 欧姆 挡 用光照射光敏电阻时 表针的偏角为 现用手掌挡住部分光线 表针的偏角变为 则可判断 A B D 不能确定 和 的关系 4 六 课后自主评价 1 如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置的 示意图 A 为光源 B 为光电接收器 A B 均固定在车身上 C 为 小车的车轮 D 为与 C 同轴相连的齿轮 车轮转动时 A 发光的光束 通过旋转齿轮上齿的间隙后就成脉冲光信号 被 B 接收并转换成电 信号 由电子电路记录和显示 若实验显示单位时间内的脉冲数为 n 累计脉冲数为 N 则要测出小车的速度和行程还必须测 量的物理量或数据是 小车速度的 表达式为 v 行程的表达式为 s 2 用传感器进行自动控制时 常常要用到继电器 如图所示 为初中学过的继电器原理示意图 其中 L 是电磁铁 当 ab 间接通电源后 衔铁 S 被吸引向下 这样 ce 由原来闭合 接通的状态变为断开 而 cd 则由原来断开的状态变为闭合接通 通常将传感器 低压电源接 入与电磁铁 L 相连的 ab 回路来执行对继电器的控制 而 cde 回路则用来执行对有关电器的 控制 试设计一个用光敏电阻来控制路灯的实验电路 要求是光暗时灯亮 光亮时灯熄 可 供选择的仪器如下 光敏电阻 小灯泡 学生用电源 继电器 滑动变阻器 开关 导线 3 如图所示是彩色电视接收机的消磁电路示意图 R 是热敏电阻 L 是消磁 线圈 试说明此电路的工作过程 4 2003 上海 图为某一热敏电阻 电阻值随温度的改变而改变 且对 温度很敏感 的 I U 关系曲线图 1 为了通过测量得到图中所示 I U 关系的完整曲线 图 a 和 b 两 个电路中应选择的是图 简要 说明理由 电源电动势为 9V 内阻不计 滑动变阻器 的阻值为 0 100 2 在右图所示的电路中 电源电压恒为 9V 电流表读数为 70mA 定值电阻 R1 250 由热敏电阻的 I U 关系曲线可知 热敏电阻两端 的电压为 V 电阻 R2 3 举出一个可以应用热敏电阻的例子 5 5 2005 上海 一水 平放置的圆盘绕竖直 固定轴转动 在圆盘 上沿半径开有一条宽 度为 2mm 的均匀狭缝 将激光器与传感器上 下对准 使二者间连 线与转轴平行 分别 置于圆盘的上下两侧 且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动 激光器连续向下发射激光束 在圆盘转动过程中 当狭缝经过激光器与传感器之间时 传感器接收到一个激光信号 并将 其输入计算机 经处理后画出相应图线 图 a 为