高中物理 第3章 傳感器 1+2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器教師用書 教科版選修3-2

1傳感器2溫度傳感器和光傳感器學 習 目 標知 識 脈 絡(luò)1.了解傳感器的概念、結(jié)構(gòu)及各部分的作用(難點)2.通過實驗感知半導體熱敏電阻的特性(重點)3.了解干簧管的構(gòu)造及作用(重點)4.知道溫度與光傳感器常用的敏感元件及其在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用(重點)傳 感 器先填空2敏感元件的原理(1)根據(jù)感知原理分類物理類：基于力、熱、光、電磁和聲等物理效應(yīng)化學類：基于化學反應(yīng)的原理生物類：基于酶、抗體和激素等分子識別功能(2)原理：大多數(shù)傳感器是通過敏感元件把非電學量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W量，或轉(zhuǎn)化為電路的控制開關(guān)，從而實現(xiàn)方便的顯示、記錄、處理和控制(3)應(yīng)用實例：半導體熱敏電阻：具有電阻隨溫度靈敏變化的特性，可以實現(xiàn)對溫度的測量常用于溫度傳感器干簧管：感知磁場的敏感元件，常用于磁場控制開關(guān)再判斷(1)干簧管是一種磁傳感器()(2)傳感器擔負著采集信息的任務(wù)()(3)傳感器是力、溫度、光、聲、化學成分轉(zhuǎn)換為電信號的主要工具()后思考街旁的路燈，江海里的航標都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導體的電學特性可以制成自動點亮、熄滅的裝置，從而實現(xiàn)自動控制想一下，這是利用了半導體的什么性質(zhì)呢？【提示】利用了半導體敏感元件的光敏特性合作探討探討1：干簧管的工作原理及在電路中的作用是什么？【提示】干簧管可以感受外界磁場，當干簧管的兩個鐵質(zhì)簧片處在磁場中時，兩個簧片被磁化，在磁力的作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，磁場減弱時兩個簧片又分開，它在電路中的作用就是一個磁控開關(guān)探討2：舉例說明：不便于測量和控制的非電學量有哪些？便于測量和控制的電學量有哪些？【提示】不便于測量和控制的非電學量主要有角度、位移、速度、壓力、溫度、聲強、光照等，便于測量和控制的電學量有電壓、電流等核心點擊1傳感器的工作流程和傳感器組成(1)傳感器的工作流程(2)傳感器的組成敏感元件：相當于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的，與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件轉(zhuǎn)換電路：是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學量，如電壓、電流、電阻等2傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學量，如力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而輸出的通常是電學量，如電壓、電流、電荷量等這些輸出的信號是非常微弱的，通常需要經(jīng)過放大后，再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作3分類(1)按傳感器所測量物理量分為：位移、力、速度、溫度、流量、氣體成分等傳感器(2)按傳感器工作原理分為：電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、熱電偶等傳感器(3)按傳感器輸出信號性質(zhì)分：輸出為開關(guān)量(“1”或“0”或“開”和“關(guān)”)的開關(guān)型傳感器；輸出為模似信號的模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器1關(guān)于傳感器的下列說法正確的是()A所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D以上說法都不正確【解析】半導體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以A錯，B正確；傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，所以C錯【答案】B2關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是()【導學號：31310142】A非電學量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學量轉(zhuǎn)換元件B電學量敏感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件非電學量C非電學量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路電學量D非電學量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件電學量【答案】C3.傳感器可以進行信息采集并把采集到的信息轉(zhuǎn)換為易于控制的量，其工作過程可能是()A將力學量(如形變量)轉(zhuǎn)換成磁學量B將電學量轉(zhuǎn)換成熱學量C將光學量轉(zhuǎn)換成電學量D將電學量轉(zhuǎn)換成力學量【解析】傳感器是指能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量或轉(zhuǎn)換為控制電路的通斷的一類元件；故只有C項正確【答案】C電學量的優(yōu)點電學量具有便于控制、放大、衰減、波形整理、顯示、可儲存、遠距離傳輸?shù)燃夹g(shù)方面的優(yōu)點，尤其是將電學量與計算機技術(shù)結(jié)合，可以方便地實現(xiàn)信息的采集、處理、輸出的自動化和智能化，所以現(xiàn)代信息技術(shù)與自動控制中常將非電學量轉(zhuǎn)化成電學量進行信息收集溫 度 傳 感 器 和 光 傳 感 器先填空1溫度傳感器(1)概念：溫度傳感器是把溫度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器(2)幾種常用的溫度傳感器：熱雙金屬片溫度傳感器a敏感元件：兩種熱膨脹系數(shù)相差較大的金屬片焊接或軋制成的熱雙金屬片b工作原理：溫度升高時，由于兩面金屬膨脹程度不同，雙金屬片就會變形因此熱雙金屬片可作為溫度的敏感元件利用了熱雙金屬片對溫度的感知表現(xiàn)為形變的特性熱電阻傳感器a敏感元件：用金屬絲制作的感溫電阻(又叫熱電阻)b熱電阻阻值與溫度t的關(guān)系RR0(1t)(R0為t0 時導體電阻，為溫度系數(shù))熱敏電阻傳感器a敏感元件：半導體熱敏電阻b熱敏電阻的分類一種是隨溫度升高而電阻減小的熱敏電阻，用NTC符號表示；另一類隨溫度升高而電阻增大的熱敏電阻，用PTC符號表示c特點及用途熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)很敏感，常用于測溫、溫度控制或過熱保護2光傳感器(1)概念光傳感器是利用光敏電阻把光強這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量，光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小(2)應(yīng)用：火災(zāi)報警器、光電式轉(zhuǎn)速器等都是利用了光電傳感器來工作的(3)兩種實用的光傳感器a光電式煙塵濃度計，靠監(jiān)測煙塵濃度來工作b光電式轉(zhuǎn)速表光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡會聚成平行光束照到被測旋轉(zhuǎn)物體上，被反光紙反射回來，再經(jīng)透鏡聚焦落到光敏二極管上，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電脈沖信號，經(jīng)信號處理電路處理后，顯示出轉(zhuǎn)速再判斷(1)溫度傳感器的敏感元件一定是熱敏電阻()(2)光敏電阻可以將電信號轉(zhuǎn)化為光信號()(3)雙金屬片熱保護器是一種溫度傳感器()后思考熱敏電阻是如何將溫度這一信息轉(zhuǎn)化為電信息的？【提示】當溫度發(fā)生變化時連接在電路中的熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，通過它的電流或加在它兩端的電壓就發(fā)生變化，從而可通過電壓表或電流表反映出來，即電壓或電流的變化表示溫度的變化合作探討探討1：熱敏電阻是溫度傳感器中的重要元件，是不是所有的熱敏電阻的阻值都隨溫度的升高而下降？【提示】不是正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度升高時電阻值增大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度升高時電阻值減小探討2：醫(yī)院里給病人測體溫時，使用一種先進的非接觸式紅外測溫儀，這種測溫儀使用了溫度傳感器還是光傳感器？與傳統(tǒng)測溫儀相比，它有什么優(yōu)點？【提示】使用了紅外線傳感器即光傳感器，與傳統(tǒng)測溫儀相比，它有如下優(yōu)點：第一：可以遠距離測量，不必接觸被測人體，避免交叉感染第二：可以立即獲取溫度數(shù)據(jù)核心點擊1光傳感器和溫度傳感器的不同傳感器光傳感器溫度傳感器定義能夠感受光信號，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號的裝置將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學量變化的裝置類型主要有光敏電阻、光敏晶體管、光電池等主要有熱敏電阻、熱電偶等兩種電阻光敏電阻由半導體材料制成，光越強，電阻越小熱敏電阻由半導體材料制成，NTC隨溫度升高，電阻減??；PTC隨溫度升高，電阻增大原理電學性質(zhì)隨光照變化而變化電學性質(zhì)隨溫度變化而變化2.光敏電阻特性成因分析當光敏電阻受到光照射時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同時也形成更多的空穴，于是導電性明顯地增強，電阻減小3熱敏電阻的種類及特性曲線常見的有兩種類型，圖中311甲為PTC型，乙為NTC型PTC型為正溫度系數(shù)熱敏電阻，NTC型為負溫度系數(shù)熱敏電阻圖3114(多選)如圖312所示為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說法中正確的是()圖312【導學號：31310143】A圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的C圖線1的材料化學穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D圖線2的材料化學穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高【解析】由題圖可知，圖線1是金屬熱電阻的RT圖線，圖線2是熱敏電阻的RT圖線，根據(jù)它們的材料性質(zhì)和圖像特點可知，選項B、D正確【答案】BD圖3135如圖313所示，將一個光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射電阻時，表針自左向右偏角為；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的自左向右偏角為，則可判斷()AB<C> D不能確定【解析】光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度變小，故B正確【答案】B6用圖314甲所示電路測量電流表的內(nèi)阻，閉合電鍵S，當變阻器的滑片滑至c處時，電流表和電壓表的讀數(shù)分別為40 mA、9 V，已知圖甲中熱敏電阻的IU關(guān)系圖線如圖乙所示，則電流表的內(nèi)阻為()【導學號：31310144】甲乙圖314A0.14 B85 C140 D225 【解析】當電流表讀數(shù)為40 mA時，說明熱敏電阻的電流為40 mA，由題圖知熱敏電阻兩端電壓UR5.6 V，則電流表兩端電壓U9 V5.6 V3.4 V，由歐姆定律得RmA 85 ，B正確【答案】B常見敏感電阻問題的處理方法1明確各敏感電阻的特性明確這些敏感電阻隨所處環(huán)境的溫度、光照、磁場、壓力等的變化而靈敏變化的情況，能從各自的特性曲線上了解或求得所需要的信息2明確所考查電學實驗的原理及方法，這是解題的關(guān)鍵3將敏感電阻的特性與電學實驗的原理方法相結(jié)合，運用所學的電學規(guī)律(如歐姆定律等)或力學規(guī)律(如牛頓運動定律等)解題