高二物理传感器及其工作原理 新课标 人教版 选修3-2

高二物理传感器及其工作原理 新课标 人教版 选修3-2

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 ‎①材料及构造 ‎②工作原理 ‎③功能：把__________（光学量）转换为______（电学量）。‎ ‎（2）热敏电阻和金属热电阻 ‎①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）‎ ‎②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 ‎ ①材料及构造 ‎②霍尔电压：_________________________。‎ 推导：‎ ‎③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 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ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为 （ ）‎ A、 B、 C、 D、‎ 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θ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.t1 B.t‎2 ‎ C.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θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ'，则可判断 （ ）‎ A.θ'=θ B.θ'<θ C.θ'>θ D.不能确定θ和θ'的关系 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.（2020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0～100Ω）‎ ‎（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＝250Ω。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＝_______Ω；‎ ‎（3）举出一个可以应用热敏电阻的例子。‎ ‎5.（2020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）为该装置示意图，图（b）为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接受到的激光信号强度，图中Δt1=1.0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s。求：‎ ‎（1）利用图（b）中的数据求1s时圆盘转动的角速度；‎ ‎（2）说明激光器和传感器沿半径移动的方向；‎ ‎（3）求图（b）中第三个激光信号的宽度Δt3。‎