2019版高中物理 第三章 传感器 3.1-3.2 传感器 温度传感器和光传感器学案 教科版选修3-2.doc

11 1 传感器传感器 2 2 温度传感器和光传感器温度传感器和光传感器学习目标 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理.一、传感器1.定义：把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置.2.组成：一般由敏感元件和处理电路组成.(1)敏感元件：将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量，形成电信号.(2)处理电路：将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量.3.敏感元件的原理(1)物理类：基于力、热、光、电磁和声等物理效应；(2)化学类：基于化学反应的原理；(3)生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别功能.二、温度传感器1.分类(1)热双金属片温度传感器.(2)热电阻传感器.(3)热敏电阻传感器.NTC 型：电阻值随温度升高而减小.PTC 型：电阻值随温度升高而增大.2.作用将温度变化转换为电学量变化，通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量 .三、光传感器1.原理：某些金属或半导体材料，在电路中受到光照时，产生电流或电压，实现光信号向电信号的转化.2.作用：感知光线的变化或场景的变换，使“机器”作出反应.即学即用1.判断下列说法的正误.(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.( )(2)热敏电阻的阻值随温度的升高而增大.( × )2(3)干簧管可以感知磁场，接入电路，相当于开关的作用.( )(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化，光照越强电阻越小.( )2.如图 1 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，电流表的读数_(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度_(填“变亮”或“变暗”).图 1答案 变小 变亮一、传感器导学探究 当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？答案 人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门.知识深化1.传感器的原理： 非电学量电学量2.在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的.例 1 如图 2 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.若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？3图 2答案 见解析解析 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.二、温度传感器导学探究 如图 3 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 3答案 由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；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，表针将向右偏.知识深化1.温度传感器的作用：将温度的变化转换为电学量的变化.2.常见的温度传感器(1)热双金属片温度传感器原理：两种膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体，温度升高时，双金属片变形，可控制电路的通断.应用：日光灯启动器，电机、电冰箱保护等.(2)热电阻传感器原理：用金属丝制作的感温电阻叫热电阻，当外界温度t发生变化时，其电阻值按RR0(1t)的规律变化(为温度系数，R0为t0 时导体的电阻).应用：测温度、测流量等.(3)热敏电阻传感器原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化.应用：测温、温度控制或过热保护等.分类：正温度系数的热敏电阻(PTC)，它的电阻随温度升高而增大.负温度系数的热敏电阻(NTC)，它的电阻随温度的升高而减小.例 2 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图 4 所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电4容器.当环境温度降低时( )图 4A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大答案 AB解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I知I变小，又E R总UEIr，电压表的读数U增大，B 正确；又由P1I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D 错误；电容器两板间的电压U2UU1，U1IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E，QCU2可知，Q、E都增大，故 A 正确，C 错误.U2 d三、光传感器导学探究 如图 5 所示为光电式烟尘浓度计的原理图，请阅读教材，然后简述其工作原理.图 5答案 光源 1 发出的光线经半透半反镜 3，分成两束强度相等的光线.一路光线直接到达光电转换电路 7 上，产生作为被测烟尘浓度的参比信号.另一路光线经反射镜 4 穿过被测烟尘5 到达光电转换电路 6 上，其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减，烟尘浓度越高，光线的衰减量越大，到达光电转换电路 6 的光就越弱.两路光线分别转换成电压信号U1、U2，如果U1U2，说明被测的光路上没有烟尘；相反，如果U1、U2相差较大，说明烟尘较大，因此可用两者之比，算出被测烟尘的浓度.例 3 (多选)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( )5图 6A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大答案 ABC解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，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 项正确，D 项错误.因路端电压减小，而R1两端电压增大，故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.含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤：(1)明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小.(2)分析整个回路的电阻的增减、电流的增减.(3)分析部分电路的电压、电流如何变化.1.(对传感器的理解)关于传感器，下列说法正确的是 ( )A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器答案 B解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故 A 错，B 对；传感器将非电学量转换为电学量,因此传感器感知的应该是“非电信号”,故C 错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故 D 错.2.(光敏电阻的特性)如图 7 所示的电路中，电源两端的电压恒定，L 为小灯泡，R为光敏电阻，R和 L 中间用挡板(未画出)隔开，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R6与 LED 间距不变，下列说法中正确的是( )图 7A.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 消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L 消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L 消耗的功率都不变答案 A解析 滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果.3.(热敏电阻的特性)如图 8 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 8A.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.