2018版高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 5.2-5.3 常見(jiàn)傳感器的工作原理 大顯身手的傳感器學(xué)案 魯科版選修3-2.docx
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第2講 常見(jiàn)傳感器的工作原理 第3講 大顯身手的傳感器 [目標(biāo)定位] 1.認(rèn)識(shí)光敏電阻和熱敏電阻這兩種敏感元件,知道其特性.2.理解光電傳感器和溫度傳感器的工作原理.3.了解傳感器的設(shè)計(jì)思路,了解生活中傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用及給人類(lèi)生產(chǎn)、生活帶來(lái)的便利. 一、光電傳感器的原理 1.光電傳感器是一種能夠感受光信號(hào),并按照一定規(guī)律把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置. 2.光敏電阻在被光照射時(shí),它的電阻發(fā)生變化,這樣光敏電阻可以把光照強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. 3.光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減?。? 4.常見(jiàn)的光電傳感器:光敏電阻、光敏晶體管、光電二極管、光電三極管、光電池等,它們都是利用某些物質(zhì)在光照射下電學(xué)特性隨之變化的性質(zhì)制成的. 二、探究溫度傳感器的原理 1.溫度傳感器 溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置.常見(jiàn)的溫度傳感器有熱敏電阻和熱電偶等. 2.熱敏電阻 熱敏電阻利用半導(dǎo)體材料制成,其電阻值隨溫度變化明顯. 3.熱敏電阻器的兩種型號(hào)及其特性 熱敏電阻是電阻值隨溫度變化而變化的敏感元件.在工作溫度范圍內(nèi),電阻值隨溫度的升高而增大的是正溫度 系數(shù)(PTC)熱敏電阻;電阻值隨溫度的升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻. 三、傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用舉例 1.洗衣機(jī)水位控制裝置——壓力傳感器如圖1所示,筒中水位到達(dá)設(shè)定的高度時(shí),凸起的膜片使動(dòng)觸點(diǎn)a與靜觸點(diǎn)b脫離,并與靜觸點(diǎn)c接觸,從而接通控制電路,關(guān)閉進(jìn)水電磁閥門(mén),接通洗滌電動(dòng)機(jī)電源,開(kāi)始洗滌衣物. 圖1 2.自動(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)——紅外線(xiàn)傳感器 接收人體發(fā)出的紅外線(xiàn),產(chǎn)生電壓輸出信號(hào). 3.指紋識(shí)別器——電容式傳感器 獲取指紋信息,轉(zhuǎn)換成電信號(hào). 4.機(jī)器人中的傳感器 分類(lèi) 一、光電傳感器原理 1.光敏電阻的特點(diǎn):阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小. 2.光敏電阻的機(jī)理:光敏電阻一般由半導(dǎo)體材料做成,當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照而溫度升高時(shí),會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子,同時(shí)也形成更多的空穴,導(dǎo)電性能變好,電阻變?。? 例1 如圖2所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)( ) 圖2 A.電壓表的示數(shù)增大 B.R2中電流減小 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大 答案 ABC 解析 當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí),R3阻值減小,外電路電阻隨R3的減小而減小,R1兩端電壓因干路電流增大而增大,同時(shí)內(nèi)電壓增大,故電路路端電壓減小,而電壓表的示數(shù)增大,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;由路端電壓減小,而R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項(xiàng)正確;結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大,則小燈泡的功率增大,C項(xiàng)正確. 二、探究溫度傳感的原理 1.熱敏電阻 (1)特點(diǎn):熱敏電阻的阻值大小與溫度的高低有關(guān).溫度變化,阻值有明顯變化. (2)分類(lèi):由半導(dǎo)體材料制成,其導(dǎo)電性能對(duì)溫度的變化很敏感,熱敏電阻所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類(lèi):正溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻. ①正溫度系數(shù)的熱敏材料(PTC),它的電阻隨溫度上升而增大. ②負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料(NTC),它的電阻隨溫度的上升而減小. ③臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(CTC),它的電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇減小. 2.金屬熱電阻 特點(diǎn):電阻率隨溫度的升高而增大. 例2 如圖3所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖.現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?,關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是( ) 圖3 A.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變大,且變化非常明顯 B.如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變小,且變化不明顯 C.如果R為NTC熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變小,讀數(shù)變化非常明顯 D.如果R為NTC熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變小,讀數(shù)變化不明顯 答案 C 解析 若為金屬熱電阻,溫度升高后,電阻變大,讀數(shù)變化不明顯,A、B錯(cuò).若為熱敏電阻,讀數(shù)將明顯變化,C對(duì),D錯(cuò). 例3 關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的,其阻值隨光照增強(qiáng)而減小,隨光照的減弱而增大 B.光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個(gè)電學(xué)量的傳感器 C.熱敏電阻是用金屬鉑制成的,它對(duì)溫度感知很靈敏 D.熱敏電阻是把熱量這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量的傳感器 答案 A 解析 光敏電阻是把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電阻的元件;熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件,故B、D錯(cuò)誤;熱敏電阻和光敏電阻都是半導(dǎo)體材料制成的,半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性,金屬鉑與熱敏電阻相反,故C錯(cuò)誤. 三、自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì) 例4 如圖4所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖,其中L為含鐵芯的線(xiàn)圈,P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片,K為彈簧,S為一對(duì)觸頭,A、B、C、D為四個(gè)接線(xiàn)柱.電磁繼電器與傳感器配合,可完成自動(dòng)控制的要求,其工作方式是( ) 圖4 A.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路串聯(lián) B.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路并聯(lián) C.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路串聯(lián) D.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路并聯(lián) 答案 A 解析 由圖可知A、B是電磁繼電器線(xiàn)圈,所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓,線(xiàn)圈隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥,從而使C、D接通或斷開(kāi),進(jìn)而起到控制作用,故正確答案為A. 光傳感器的應(yīng)用 1.如圖5所示,用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器,下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖5 A.嚴(yán)重污染時(shí),LDR是高電阻 B.輕度污染時(shí),LDR是高電阻 C.無(wú)論污染程度如何,LDR的電阻不變,阻值大小由材料本身因素決定 D.該儀器的使用不會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? 答案 A 解析 嚴(yán)重污染時(shí),透過(guò)污水照到LDR上的光線(xiàn)較少,LDR電阻較大,A對(duì),B錯(cuò);LDR由半導(dǎo)體材料制成,受光照影響電阻會(huì)發(fā)生變化,C錯(cuò);白天和晚上自然光強(qiáng)弱不同,或多或少會(huì)影響LDR的電阻,D錯(cuò). 溫度傳感器的應(yīng)用 2.如圖6所示,由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中,當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后,小燈泡正常發(fā)光,若用酒精燈加熱電阻絲時(shí),發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度變化是________,發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是( ) 圖6 A.小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B.小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C.電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D.電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 答案 變暗 C 解析 電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大,電阻也增大,電路中電流減小,根據(jù)P=I2R知,小燈泡的實(shí)際功率減小,所以變暗. 自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì) 3.如圖7所示為一自動(dòng)控制溫度的電路圖,請(qǐng)說(shuō)明其工作原理. 圖7 答案 見(jiàn)解析 解析 當(dāng)開(kāi)關(guān)P在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時(shí),電熱絲工作;隨著溫度升高,熱敏電阻溫度升高,阻值減小,通過(guò)電磁鐵的電流增大,電磁鐵磁性增強(qiáng)到一定程度時(shí)把P吸到b,電熱絲停止工作,指示燈亮.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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