第4课时传感器的工作原理及应用12页word文档Word格式.docx

1、霍尔元件：它能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量2传感器的应用及实例力传感器的应用-电子秤：它是由金属梁和应变片组成的，应变片是一种敏感元件，多用半导体材料制成声传感器的应用-话筒：它是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号温度传感器的应用-电熨斗：它装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断温度传感器的应用电饭锅：它的主要元件是感温铁氧体温度传感器的应用测温仪：它可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来测温仪中的测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶，还可以是红外线敏感元件等光传感器的应用鼠标器、火灾报警器：机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射

2、管和红外接受管，两个红外接受管就是两个光传感器；有的火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的，其带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。应用实例：光控开关和温度报警器重点难点例析一、 传感器及其工作原理传感器问题涉及知识点多、综合性强、能力要求高，其形式又多种多样，且原理较难理解，因此搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键因此，求解时必须结合题目提供的所有信息，认真分析传感器所在的电路结构【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，用黑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

3、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用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻【解析】此题考查了热敏电阻、光敏电阻、定值电阻的特性。热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随之变化【答案】 AC【点拨】掌握各种元件的特性是解题的关键。 拓展传感器是一种采集信息的重要器件。如图104所示是一种

4、测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）A当F向上压膜片电极时，电容将减小B当F向上压膜片电极时，电容将增大C若电流计有示数，则压力F发生变化D若电流计有示数，则压力F不发生变化【解析】当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。【答案】 B C二、传感器的应用 日常生产、生活中常见的传感器有：温度传感器、光敏传感器、压力传感器、红外线传感器、位移传感器、加速度传感器等，首先要明确各种传感器所感受到的物理量，然后结合各种敏感元件的特性，分析电路的工作过程，多思

5、考、多动手【例2】 唱卡拉OK用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号下列说法正确的是（）A该传感器是根据电流的磁效应工作的B该传感器是根据电磁感应原理工作的C膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势【解析】如图104所示动圈式话筒是利用电磁感应现象象制成的当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫音圈）随着一起振动音圈在永磁铁的磁场中振动，其中就产生感应电流，感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化由声波决定，这就将声音

6、信号转换成电信号【答案】 B【点拨】注重原理和工作过程的分析是解题的关键关于电饭锅的说法中正确的是 ：A电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C用电饭锅烧水，水开后能自动断电D用电饭锅煮饭时，若温度开关自动断电后，它不能自动复位【解析】电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错B对。因水开时温度约为100 0C，达不到居里温度103 0C，故不能自动断电，C错，温度开关只能手动闭合，故D正确。【答案】 BD三、传感器的应用实验传感器实验，是新课程中增加的实验，在科学技术和现代生产生活中也很常见，要高度重视【例3】图104是温度报警器电路示意图

7、，下列关于对此电路的分析正确的是（）A当RT的温度升高时，RT减小,A端电势降低，端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C当增大R1时，A端电势升高，端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D当增大R1时，A端电势降低，端电势升高，蜂鸣器会发出报警声【解析】温度升高时，热敏电阻阻值减小，或者增大R1的阻值，都能导致输入端A电势升高，斯密特触发器输出端Y从高电平调到低电平，从而蜂鸣发出鸣叫声。【答案】 BC【点拨】传感器的工作离不开其他电子元器件，要了解一些常用的电子元器件的原理和使用要点，并进行灵活的分析。课堂自主训练1关于干簧管，下列

8、说法正确的是 （ CD ）A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【解析】干簧管是在玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用，是一种能感知磁场的传感器2下列器件不是应用温度传感器的是 （ B ）A电熨斗 B话筒 C电饭锅 D测温仪3关于电子秤中应变式力传感器，下列说法中正确的是（ BD ）A应变片是由导体材料制成的B当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小C传感器输出的是应变片上的电压D外力越大，输出的电压差值也越大【解析】应变片多用

9、半导体材料制成，故A错，B对。传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随外力的增大，输出的电压差值也越大，故C错D对课后创新演练利用半导体可以制成（BCD）标准电阻热敏电阻光敏电阻晶体管下列说法不正确的是（A）话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断电子秤所使用的测力装置是力传感器热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量3如图104所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻“”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端 A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到

10、低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，Y会从低电平跳到高电平在天暗时路灯（发光二极管）会点亮，下列说法中正确的是 （ BD ） A天暗时Y处于高电平B天暗时Y处于低电平C当R1调大时A端的电压降低，灯（发光二极管）点亮D当R1调大时A端的电压降低，灯（发光二极管）熄灭4随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动 干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，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 （ D ）A. 改变了湿度 B. 改变了温度C. 改变了磁场 D. 改变了电容5 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

11、程。下列属于这类传感器的是 （ A ）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6常用的机械式鼠标器的工作原理如图104所示，其中1是滚球，钢制，外面包一层橡胶，小轮2的压力使滚球紧触在轴杆3和4上，轴杆的一端装有码盘5和6，在码盘的靠近边缘的圆周上开有许多等间距的小孔，码盘两面分别装有红外发射管7和9，接收管8和10。当鼠标器在平面上移动时，滚球受摩擦力而转动，带动两个轴杆转动，于是两个码盘也转动，接收管就收到断续的红外光脉冲，从而输出相应的电脉冲信号，8和10输出脉冲的数目分别与鼠标器在x、y两个方向上位移的长度成正比。计算机收到鼠

12、标器发来的脉冲，经过运算处理，使鼠标箭头在显示器的屏幕上有相应的位移。由此可知机械式鼠标器是一个（ AD ）A.光电传感器 B.热电传感器C.压力传感器 D.位移传感器7如图104是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况以下说法中正确的是（ BD ）A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件工作面，UH将变大B.在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件工作面应保持水平C.在测定地球赤道的磁场强弱时，霍尔元件工作面应保持水平D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化8用如图104所示的装置可以测量汽

13、车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 ms2）（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零【解析】传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上

14、的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有得4 m/s2a1与F1同方向，即向前（向右）（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第 二定律得，a2=10m/s2，方向向左9如图104所示，图甲是某中学在研究性学习活动中，吴丽同学自制的电子秤原理示意图目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不

15、计滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，刀片恰好指在变阻器R的最上端，此时电压表示数为零。设变阻器总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力（1）推出电压表示数U与所称物体质量m的关系式；（2）为使电压表示数与待测物体质量成正比，请利用原有器材进行改进，在乙图的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表示数U与所称物体质量m的关系式【解析】（1）当在托盘中放质量为m的物体后，弹簧被压缩x，则有mg=kx 此时滑动变阻器滑片以上的阻值设为R1，则 由闭合电路欧姆定律得 电压表的示数U为 U=IR1 由以上各式解

16、得（2）如图104所示，设电流为，电压表的示数为联立解得 第六章 传感器X6.1 传感器及其工作原理【学习目标】1、 知道什么是传感器2、 了解传感器的常用元件的特征【自主学习】一、 传感器：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。常见的传感器有：、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。二、 常见传感器元件

17、：1、 光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。、金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而，用金属丝可以制作传感器，称为。它能用把这个热学量转换为这个电学量。热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而或。与热敏电阻相比，金属热电阻的好，测温范围，但较差。、电容式位移传感器能够把物体的这个力学量转换为这个电学量。、霍尔元件能够把这个磁学量转换为电压这个电学量【典型例题】例一、 如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两

18、支表笔与一热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填“左”或“右”）移动。例二、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（ ）A、 当F向上压膜片电极时，电容将减小B、 当F向上压膜片电极时，电容将增大C、 若电流计有示数，则压力F发生变化D、 若电流计有示数，则压力F不发生变化例三、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有

19、一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）【针对训练】1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的传感器，热敏电阻就是一个简单的传感器。2、 为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为传感器，它输入的是信号，经传感器转换后，输出的是信号。3、 如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，

20、则导电液体的深度h变化为（ ）A、 h增大B、 h减小 C、h不变 D、无法确定4、 如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（ ）A、 R1两端的电压增大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5、 如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。【能力训练】1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）A、 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B、 硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C、 硫化镉是一种半导体材料，无

21、光照射时，载流子较少，导电性能良好D、 半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好2、霍尔元件能转换哪两个量（ ）A、 把温度这个热学量转换为电阻这个电学量B、 把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量C、 把力转换为电压这个电学量D、 把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）、电介质进入极板的长度、两极板间距、两极板正对面积、极板所带电量、如图所示，、为定值电阻，是小灯泡，为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）、电压表的示数增大、中电流减小、小灯泡的功率增大、电路的路端电压增大5、如图所示

22、，是光敏电阻，当开关闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻时，则（ ）、的电阻变小，a点电势高于b点电势、的电阻变小，a点电势低于b点电势、的电阻变小，a点电势等于b点电势、的电阻变大，a点电势低于b点电势6、有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）A、金属导体 B、绝缘体 C、半导体 D、超导体7、如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现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（ ）A、 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

23、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8、图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）A、 将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大B、 在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C、 在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D、 改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化9、如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生

24、电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U参考答案典型例题：例1、 分析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。左 右例2、分析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。 答案：AC例3、分析：当F向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F发生了变化。BC例4、解：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚

25、集负电荷，下表面带多余的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U。当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q=QvB又因为导体中的电流IneSvnevbd故U答案：下表面电势高 电势差为针对训练：1、 光电 热电 2、 声控 声音 电3、 A 4、C5、角度增大，正对面积减小，电容器电容变小能力训练：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A 、C 7、C 8、ABD 9、X6.3传感器的应用复习学案（二）学习目标1知道电饭锅的结构和原理，加深对温度传感器的应用认识。2了解测温仪，知道应用温度传感器测量温度的优点。3了解鼠标器的主要结构，知道其工作原理。4了解光传感器的应用火灾报警器。自主学习一温度传感器的应用电饭锅1电饭锅中的温度传感器主要元件是，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是上升到约103时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”。2感温铁氧体是用和混合烧制而成的。二温度传感器的应用测温仪1温度传感器可以把转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来。2测温仪中的测温元件可以是、等，还可以是等。三光传感器的应用鼠标器、火灾报警器1机械式鼠标器内的码盘两侧分别装有红外发射管和红外接受管，两个红外接受管就是两个。2有的火灾报警器是利用烟雾对光的