2012高二物理课件：第六章 1 传感器及其工作原理 (新人教版选修3-2)
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人教版高中物理选修3-2课件选修3-2第六章传感器第一节传感器及其工作原理
第六章 传感器
列举生活中的一些自动控制实例，
遥控器控制电视开关 日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关等 自动门 等 安检门
第一节 传感器及其工作原理
一、什么是传感器
（1）什么是传感器？
（以干簧管为例引入）
干簧管可以控制灯的熄灭
磁感应强度的变化 电路的通断
簧片的磁化和去磁
干簧继电器的应用事例： 实验电源的过载保护(无需保险丝)
演示：
出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提 起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。
音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？
ห้องสมุดไป่ตู้
能够感受非电学量并将它按照一定的规律转化 成电学量的一类元件或组件。
用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐 茶杯受光照强度的控制。 光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小 电路接通，音乐响起。
干簧管和音乐茶杯能够感受非电学量并将它按照 一定的规律转化成电学量的一类元件或组件。
传感器的定义：
传感器是指这样一类元件：它能够 感知诸如力、温度、光、声、化学 成分等非电学量，并把它们按照一 定的规律转化成电压、电流等电学 量，或转化为电路的通断。
（2）传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电 路的通断，从而实现很方便地测量、传输、 处理和控制。
H
nqd
霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压 这个电学量。 5．电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容 这个电学量
课堂自测：
插入电介质，电容增大 电容式传感器能够把位移这个力学 量转化为电容这个电学量。
2、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其 中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器 的基本工作原理是（ ） AC A．当有光照射 R1时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
列举生活中的一些自动控制实例，
遥控器控制电视开关 日光控制路灯的开关 声音强弱控制走廊照明灯开关等 自动门 等 安检门
第一节 传感器及其工作原理
一、什么是传感器
（1）什么是传感器？
（以干簧管为例引入）
干簧管可以控制灯的熄灭
磁感应强度的变化 电路的通断
簧片的磁化和去磁
干簧继电器的应用事例： 实验电源的过载保护(无需保险丝)
演示：
出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提 起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。
音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？
ห้องสมุดไป่ตู้
能够感受非电学量并将它按照一定的规律转化 成电学量的一类元件或组件。
用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐 茶杯受光照强度的控制。 光照变化（光强变化）光照时光敏电阻阻值减小 电路接通，音乐响起。
干簧管和音乐茶杯能够感受非电学量并将它按照 一定的规律转化成电学量的一类元件或组件。
传感器的定义：
传感器是指这样一类元件：它能够 感知诸如力、温度、光、声、化学 成分等非电学量，并把它们按照一 定的规律转化成电压、电流等电学 量，或转化为电路的通断。
（2）传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电 路的通断，从而实现很方便地测量、传输、 处理和控制。
H
nqd
霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压 这个电学量。 5．电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容 这个电学量
课堂自测：
插入电介质，电容增大 电容式传感器能够把位移这个力学 量转化为电容这个电学量。
2、如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其 中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器 的基本工作原理是（ ） AC A．当有光照射 R1时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
《传感器及其工作原理》人教版高二物理选修3-2PPT课件
o
T
热敏电阻R-T关系示意图
霍尔元件
(1)材料：半导体 如砷化铟
(2)工作原理图
(3)霍尔电压:
UH
k IB d
FI
N
M
E
B UH
霍尔元件工作原理图
一个霍尔元件的d、k为定值，再保持I恒定，则UH的 变化就与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。 霍尔元件能够把_磁__感___应__强__度_这个磁学量转换为___电__这压个 电学量。
第6章 第1节 传感器
传感器及其工作原理
SENSOR AND ITS WORKING PRINCIPLE
主讲老师：XX 人教版 物理（高中）
某某高中
高二年级 选修3-2
某某高中
课堂引入：
自动门为什么可以自动开关? 它的工作原理是怎样的呢？
高二年级 选修3-2探来自一、什么是传感器如图所示，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关， 但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡就熄灭。 问：请大家推测，盒子里有什么样的装置才能出现这样的现象呢？
电压 电流 电阻 电容
物理信息 化学信息 生物信息
非电学量 的变化
转化 反映
电学量 的变化
传感器的工作原理
电
信
敏感元件
号
转换电路
传感器
各种传感器
探究二、常用敏感元件
1.光敏电阻
将光敏电阻和多用表的欧姆挡相连，随着光照不同，欧姆表示数有何变化？
根据演示实验思考以下问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？ （2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？ （3）光敏电阻能够将什么量转换为什么量？ （4）如图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？
人教版高二物理选修：《传感器及其工作原理》PPT课件
干簧 管
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
一种防盗门报警电路
制人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》(共26张PPT) 作 传 感 器
2、光敏电阻
光敏电阻
实验观察：光敏电阻在暗环境 和强光照射下，电阻有什么不 同？
常
里的画面；机器人能替代人完成各种复杂
的劳动．这些现代化设备，有的复杂庞大
，有的简单精巧，但它们都需要一种装置 ——传感器来获取信息．那么，什么是传 感器？它为什么能获取信息，工作原理又 是什么呢？
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
一 、传感器简介
霍尔效应
当电场力增大到与洛伦兹力相等时，内外侧端面 间就形成一个稳定的电场，此时两端面形成一个稳定 的电压UH。这种现象称为霍尔效应，这个电压叫做霍 尔电压
I
F
C
D
EB
UH
霍尔元件工作原理图
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
用
的
敏
感
元 特性：光敏电阻对光敏感。当改变光照强度 件 时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光
照强度的增大而电阻值减小。
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
人教版 高二物理 选修3-2 第六章：6.1《传感器及其工作原理》 (共26 张PPT)
例1：
｛ ｛
6、电容式位移传感器 力学量 电容 （力传感器）
高中物理 第六章 第一节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
(3)半导体的导电原理：半导体靠其中的 ________（自由电子和空穴）来导电。 光敏电阻能够把光照强弱这个________ 转换为电阻这个电学量。 载流子
湖南长郡卫星远程学校
制作06
2014年下学
(1)特性：光敏电阻对光敏感。当改变光 照强度时，电阻的大小也随着改变。一般随 着光照强度的增大电阻值______。 减小 (2)材料：制作光敏电阻的材料一般为半 导体。如：硫化镉。
湖南长郡卫星远程学校
制作06
2014年下学
温 度 传 感 器
明 火 探 测 器
电 子 秤
离 子 感 烟 器
湖南长郡卫星远程学校
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2014年下学
3. 传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电 学量或电路的通断，从而实现很方便地测 量、传输、处理和控制。
非电学量→传感器→电学量 角度 位移 速度 压力 温度 湿度 声强 光照 电压 电流 电阻 电容
减小
热敏电阻 R-T关系示意图
湖南长郡卫星远程学校
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2014年下学
2. 热敏电阻 (1)材料：半导体 (2)特性： 热敏电阻的阻值会随着温度的升高 而______，具有负温度系数。
减小 R 热敏电阻 R-T关系示意图
O 湖南长郡卫星远程学校
制作06
T
2014年下学
3. 金属热电阻 (1)材料：金属热电阻是用金属做成的。 (2)特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升 高而_______，具有正温度系数。
湖南长郡卫星远程学校
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2014年下学
2. 热敏电阻 (1)材料：半导体 (2)特性： 热敏电阻的阻值会随着温度的升高 而______，具有负温度系数。
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(1)特性：光敏电阻对光敏感。当改变光 照强度时，电阻的大小也随着改变。一般随 着光照强度的增大电阻值______。 减小 (2)材料：制作光敏电阻的材料一般为半 导体。如：硫化镉。
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温 度 传 感 器
明 火 探 测 器
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3. 传感器的作用是什么？ 传感器的作用是把非电学量转化为电 学量或电路的通断，从而实现很方便地测 量、传输、处理和控制。
非电学量→传感器→电学量 角度 位移 速度 压力 温度 湿度 声强 光照 电压 电流 电阻 电容
减小
热敏电阻 R-T关系示意图
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2. 热敏电阻 (1)材料：半导体 (2)特性： 热敏电阻的阻值会随着温度的升高 而______，具有负温度系数。
减小 R 热敏电阻 R-T关系示意图
O 湖南长郡卫星远程学校
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3. 金属热电阻 (1)材料：金属热电阻是用金属做成的。 (2)特性：金属热电阻的阻值会随着温度的升 高而_______，具有正温度系数。
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2. 热敏电阻 (1)材料：半导体 (2)特性： 热敏电阻的阻值会随着温度的升高 而______，具有负温度系数。
高中物理第六章传感器1传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
预习交流 1 现今 ,无人机已进入实用阶段,你猜想无人机上应该有哪些传感 器?
答案:无人机上应该有能感知速度、加速度、角速度、距离、 力、光照等物理量的传感器。
2.干簧管结构 如图,它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。
作用:在电路中起到开关的作用 ,它是一种能够感知磁场的传感 器。 3.光敏电阻 (1)特点:光照越强,电阻越小。 (2)原因:无光照时,载流子少,导电性能不好; 随着光照的增强,载 流子增多,导电性变好。 (3)作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 4.热敏电阻 (1)特点:热敏电阻的阻值随温度的变化而变化,正温度系数的热 敏电阻的阻值随温度的升高而增大 ,负温度系数的热敏电阻的阻值 随温度的升高而减小。 (2)作用:把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
1
传感器及其工作原理
目标导航
1.能说出传感器的概念。 2.知道什么是光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍 学习目标 尔元件。 3.掌握传感器的工作原理。 重点:掌握传感器的工作原理。 重点难点 难点:光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻以及霍尔元件 的性质。
激趣诱思
随着“神舟”八号飞船的顺利升空,并接连进行了与 “天宫”一号 的完美对接,我国首次交会对接任务圆满完成,意味着继美、俄之后, 我国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家,为我国今后开展更 大规模的空间探索奠定扎实的技术基础。同时“神舟”八号飞船上 的两个特殊乘客也引起了媒体的热议。据航天员系统副总设计师 王宪民介绍,不载人的 “神舟”八号上载有两个形体假人随之上天。 模拟航天员绑在飞船内,已开始按程序发出拟人生理信号。你知道 模拟航天员是怎样进行工作的吗?
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(3)作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
高中物理第六章传感器1传感器及其工作原理课件新人教版选修3_2
• 敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受 被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于 测量的物理量．
• 2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因
元对件比
产生变化的原因
光敏 电阻
半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获 得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数 增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
片电极时，电容器极板间距 d 变小，由 C＝4επrkSd知，
• 电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带 电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电 流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器 有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知， 电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动 膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．
• A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 • B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 • C．向右偏到某一刻度后不动 • D．向左偏到某一刻度后不动
【解析】 压力 F 作用时，极板间距 d 变小，由 C
＝4επSkd知，电容器电容 C 变大，又根据 Q＝CU，极板
所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中产 生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持 固定后，充电结束，指针回到零刻度．
少
不好
• (2)原因：无光照增时多 ，载流子变极好 ___，导电性
能_____；随着光照光强照弱 的增强，载流子__电__阻_，导电
性_____．
• (3) 作 用 ： 把 _________ 这 个 光 学 量 转 换 为 _____这个电学量．
[再思考]
• 有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在 水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程 度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样 的传感器？
• 2．光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因
元对件比
产生变化的原因
光敏 电阻
半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获 得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数 增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
片电极时，电容器极板间距 d 变小，由 C＝4επrkSd知，
• 电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带 电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电 流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器 有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知， 电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动 膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．
• A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 • B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 • C．向右偏到某一刻度后不动 • D．向左偏到某一刻度后不动
【解析】 压力 F 作用时，极板间距 d 变小，由 C
＝4επSkd知，电容器电容 C 变大，又根据 Q＝CU，极板
所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中产 生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持 固定后，充电结束，指针回到零刻度．
少
不好
• (2)原因：无光照增时多 ，载流子变极好 ___，导电性
能_____；随着光照光强照弱 的增强，载流子__电__阻_，导电
性_____．
• (3) 作 用 ： 把 _________ 这 个 光 学 量 转 换 为 _____这个电学量．
[再思考]
• 有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在 水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程 度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样 的传感器？
高中物理 6.1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
• 解析：本题考查考生对基本电路的了解和 基本仪器的使用，考查推理能力、实验与 探究能力、实际应用能力． • (1)如图所示
(2)②读取温度计示数，读取电压表示数 (3)100 0.400 U 根据 R＝ I 就可解出不同温度下热敏
• (2010·江苏启东中学高二期中)某实验小组 探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材 ：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的 电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温 容器、温度计、开关和导线等．
• (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温 度变化的特性，请你在下图的实物图上连 线．
• (2)实验的主要步骤： • ①正确连接电路，在保温容器中注入适量 冷水，接通电源，调节并记录电源输出的 电流值； • ②在保温容器中添加少量热水，待温度稳 定后，闭合开关，________ ，________ ， 断开开关； • ③重复第②步操作若干次，测得多组数据 ． • (3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下 的阻值，并据此绘得R－t关系图线(如图所
• (1)光敏电阻 • ①特点：光敏电阻在被光照射时电阻发生 变化． • ②原因：硫化镉是一种半导体材料，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，导电性变好． • ③作用：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．
• (2)热敏电阻和金属热电阻 • ①金属热电阻：金属的电阻率随温度的升 高而增大．用金属丝可以制作温度传感器 ，称为热电阻(常用的一种热电阻是用铂制 作的)．特点：金属热电阻的化学稳定性好 ，测温范围大，但灵敏度较差． • ②热敏电阻：温度上升时，有些半导体的 导电能力增强，因此可以用半导体材料制 作热敏电阻(用氧化锰等金属氧化物烧结而 成的)．特点：它的电阻随温度的变化非常 明显． • ③作用：热敏电阻或金属热电阻能够把温
高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理课件 新人教版选修3-2
答案：D
拓展一 光敏电阻、热敏电阻的特性
1.如图所示，小盒子 A 的侧面露出 一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁 移走，灯泡便熄灭．盒子里有什么样的装置，才能出现这 样的现象？
提示：盒子里用到了干簧管．如图，把干簧管串入电 路，当磁铁靠近干簧管时两个簧片被磁化而接通，所以干 簧管能起到开关的作用．
2．在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可
以准确得知生产产品的数量．如图所示为光敏电阻自动 计数器的示意图，其中 R1 为光敏电阻，R2 为定值电阻．此 光电计数器的基本工作原理是什么？
提示：当光被物件挡住时，R1 电阻增大，电路中电 流减小，R2 两端电压减小．信号处理系统得到低电压， 每通过一个物件就获得一次低电压，并计数一次．
2．热敏电阻． (1)热敏电阻． 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变 化比较明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏 电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．
解析：对光敏电阻，光照强度变化时，电阻值随之变 化．A 对；对半导体材料的硫化镉，无光照射时载流子极 少，导电性能差，光照增强时，载流子明显增多，导电性 能变好，B、D 对，C 错．
答案：C
知识点三 霍尔元件
提炼知识 1．组成 在一个很小的矩形半导体薄片上，制作 4 个电极 E、 F、M、N，就成为一个霍尔元件．
解析：由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子 受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电 势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而 导致前表面电势低，故 A，B 错误．设前、后表面间的最 高电压为 U，则qbU＝qvB，所以 U＝vBb.
由此可知 U 与离子浓度无关，故 C 错，因 Q＝vbc， 而 U＝vBb，所以 Q＝UBc，D 正确．
拓展一 光敏电阻、热敏电阻的特性
1.如图所示，小盒子 A 的侧面露出 一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁 移走，灯泡便熄灭．盒子里有什么样的装置，才能出现这 样的现象？
提示：盒子里用到了干簧管．如图，把干簧管串入电 路，当磁铁靠近干簧管时两个簧片被磁化而接通，所以干 簧管能起到开关的作用．
2．在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可
以准确得知生产产品的数量．如图所示为光敏电阻自动 计数器的示意图，其中 R1 为光敏电阻，R2 为定值电阻．此 光电计数器的基本工作原理是什么？
提示：当光被物件挡住时，R1 电阻增大，电路中电 流减小，R2 两端电压减小．信号处理系统得到低电压， 每通过一个物件就获得一次低电压，并计数一次．
2．热敏电阻． (1)热敏电阻． 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变 化比较明显，温度升高电阻减小，如图所示为某一热敏 电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．
解析：对光敏电阻，光照强度变化时，电阻值随之变 化．A 对；对半导体材料的硫化镉，无光照射时载流子极 少，导电性能差，光照增强时，载流子明显增多，导电性 能变好，B、D 对，C 错．
答案：C
知识点三 霍尔元件
提炼知识 1．组成 在一个很小的矩形半导体薄片上，制作 4 个电极 E、 F、M、N，就成为一个霍尔元件．
解析：由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子 受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电 势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而 导致前表面电势低，故 A，B 错误．设前、后表面间的最 高电压为 U，则qbU＝qvB，所以 U＝vBb.
由此可知 U 与离子浓度无关，故 C 错，因 Q＝vbc， 而 U＝vBb，所以 Q＝UBc，D 正确．
高中物理第6章第1讲传感器及其工作原理课件新人教选修32.ppt
课堂讲义
传感器及其工作原理
例3 在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用 的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、 信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热 电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的 元件．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特 性实验中，安装好如图所示装置．向杯内加入冷水， 温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率， 读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度 计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较 大，则下列说法正确的是( ) A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量 B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量 C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡 D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
传感器及其工作原理
电阻减小 二极管的电流增大
同理可知 L功率变小
发光增强 光敏电阻阻值减小 灯泡L的电流增大
L功率增大
对点练习
传感器及其工作原理
热敏电阻的特性
3.如图所示是观察电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( ) 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
温度升高后，电阻变大，但不明显
温度升高后，电阻将明显变化
对点练习
传感器及其工作原理
霍尔元件原理分析及应用
4.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k 为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流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时，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
高二物理人教版选修3～2课件：6.1 传感器及其工作原理
1.半导体的导电原理 如图是硅原子排列示意图,每个原子的最外层有4个电子。由于 热运动或其他原因,其中极少数电子可能获得较大的能量,挣脱原 子的束缚而成为自由电子。这样,在原来的地方就留下一个空位, 称为“空穴”。空穴相当于一个正电荷。当这个空穴由附近原子中 的电子来填补时,就出现了一个新的空穴,这种变化相当于空穴在 移动。
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三、热敏电阻和金属热电阻(见课本第54页)
电阻项目 特点 R-T 图象 制作材料 导电原理 优点 作用
热敏电阻 电阻率随温度的升 高而减小
金属热电阻 电阻率随温度的升高而增 大
半导体 自由电子和空穴等 载流子 灵敏度较好
3.霍尔电压: UH=k ,d为薄片厚度,k为霍尔系数。一个霍尔元件 ������ 的d、k为定值,若保持I恒定,则UH的变化就与B成正比。 4.作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。
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典例剖析
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问题导引
名师精讲
光敏电阻、热敏电阻的特性 晚上上楼时,随着发出的脚步声响,楼梯灯亮了;登上一楼,灯光照 亮一楼,而身后的灯则依次熄灭,这种楼梯灯好像能“听到”我们的到 来,能“看见”我们的离去,其中的原因是什么呢?
高中物理 第六章第一节 传感器及其工作原理课件 新人教版选修32
功率增大，C项正确．故选ABC.
【答案】 ABC 【规律总结】 解决光敏电阻相关的问题，要分两步走 (1)明确光敏电阻的阻值随光照如何变化． (2)结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路的欧姆定律等 相关运算，解决光敏电阻对电路的影响问题．
跟踪训练1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为电容 器．当环境温度降低时( )
定的电压：UH＝kIdB.UH 的变化与 B 成正比是霍尔元件能把磁 学量转换成电学量的原因．
例2 如图所示，电流I流过长方体金属块，金属块宽度为 d，高为h，有一磁感应强度为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？
【解析】 因为载流子是自由电子，根据左手定则，让磁感 线穿过手心，四指指向电子运动的反方向(即电流方向)，拇指 指向即电子受洛伦兹力的方向，则上表面积累负电荷，下表 面就多余等量的正电荷，即下表面的电势高．当电场力与洛 伦兹力平衡时，上、下表面的电压稳定，即 eE 场＝ehU＝evB 又知导体中电流 I＝nevS＝nev·hd
传感器 非电学量 → 敏感元件、转换器件、转换电路 → 电学量
成功体验 传感器的作用是什么？ 提示：把非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断．
二、光敏电阻 自主探究
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100 的欧姆挡，用手掌遮光时电阻值很大；在室内自然光的照射 下，电阻值较小；用阳光直接照射下，电阻值很小．这说明 了光敏电阻具有什么特点？它把什么量转换为什么量？
1．如图甲，将一只热敏电阻接到多用电表的两端，分别用 手和冷水去改变热敏电阻的温度，用手时电阻值较小，用冷 水时，电阻值较大．这说明了什么？
【答案】 ABC 【规律总结】 解决光敏电阻相关的问题，要分两步走 (1)明确光敏电阻的阻值随光照如何变化． (2)结合光敏电阻阻值的变化，利用闭合电路的欧姆定律等 相关运算，解决光敏电阻对电路的影响问题．
跟踪训练1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为电容 器．当环境温度降低时( )
定的电压：UH＝kIdB.UH 的变化与 B 成正比是霍尔元件能把磁 学量转换成电学量的原因．
例2 如图所示，电流I流过长方体金属块，金属块宽度为 d，高为h，有一磁感应强度为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？
【解析】 因为载流子是自由电子，根据左手定则，让磁感 线穿过手心，四指指向电子运动的反方向(即电流方向)，拇指 指向即电子受洛伦兹力的方向，则上表面积累负电荷，下表 面就多余等量的正电荷，即下表面的电势高．当电场力与洛 伦兹力平衡时，上、下表面的电压稳定，即 eE 场＝ehU＝evB 又知导体中电流 I＝nevS＝nev·hd
传感器 非电学量 → 敏感元件、转换器件、转换电路 → 电学量
成功体验 传感器的作用是什么？ 提示：把非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断．
二、光敏电阻 自主探究
将一只光敏电阻接到多用电表的两端，电表置于倍率为100 的欧姆挡，用手掌遮光时电阻值很大；在室内自然光的照射 下，电阻值较小；用阳光直接照射下，电阻值很小．这说明 了光敏电阻具有什么特点？它把什么量转换为什么量？
1．如图甲，将一只热敏电阻接到多用电表的两端，分别用 手和冷水去改变热敏电阻的温度，用手时电阻值较小，用冷 水时，电阻值较大．这说明了什么？
高中物理第六章传感器6.1传感器及其工作原理课件新人教选修 (1)3-2
探究一
探究二
探究三
探究四
当堂检测
问题导引
名师精讲
典例剖析
压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,且已知压力传感 器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量 可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,g取10 m/s2。请回答:
压力 F/N 0 电阻 300 R/Ω 250 270 500 240 750 210 1 000 1 250 1 500 … 180 150 120 …
读一读·思一思
辨一辨·议一议
二、光敏电阻 阅读教材第53页“光敏电阻”部分,初步了解光敏电阻的工作原理。 1.为什么光强度不同时,硫化镉制成的光敏电阻的阻值不同? 答案:因为硫化镉的电阻率与所受光照的强度有关。 2.硫化镉在光照射时电阻率发生变化的原因是什么? 答案:硫化镉是一种半导体材料,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,导电性变好。 3.光敏电阻的作用是什么? 答案: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。
(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘 A处。 (2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则这 个人的体重是 kg。
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读一读·思一思
辨一辨·议一议
1.思考辨析。 (1)霍尔元件一共有两个电极,电压这个电学量就通过这两个电极 输出。 ( ) 解析:霍尔元件一共有四个电极,两个用来输入恒定电流,两个用 来输出电压。 答案:× (2)霍尔电压与组成霍尔元件的材料无关。 ( ) 解析:霍尔电压与组成霍尔元件的材料有关。 答案:× (3)霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学 量。 ( ) 解析:霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电 学量。 答案:√
高二物理人教版选修3-2课件： 第6章 1 传感器及其工作原理
探讨 2：夜晚，楼道里漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了， 身后的灯则依次熄灭．这其中的奥密是什么？ 【提示】 在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器—— 声光延时开关．
[核心点击] 1．传感器的组成 一般是由敏感元件，转换元件和转换电路组成，有时还需要有辅助电源． 2．传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、光、声、位移、浓度、速 度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输 出信号是非常微弱的，一般要经过放大处理后，再通过控制系统产生各种控制 动作．
【答案】 Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传感器问题的分析思路 1．明确传感器的类型，了解传感器的工作原理． 2．确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化． 3．根据电学量的变化确定相关物理量的变化．
对敏感元件的认识
[先填空] 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻 越小． (2)原因：无光照时，载流子极 ，导电性能 子
被 感知，然后通过 传感器工作的一般流程为非电学量――→敏感元件 ――――――→ 转
转换成电信号，再通过 将此信号转换成 换元件 ――――――――――→ 转换电路――――――――――――→ 电学量，因此 易于传输或测量的
A、B、D
错，C 正确．
【答案】 C
2．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图 611 所示)， 它的结构很简单，只是玻璃管内封入的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，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开 关的是磁场这只看不见的“手”．关于干簧管，下列说法正确的是( )
1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(
)
【导学号：05002146】 A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件 B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量 C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量 D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
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图 6－1－5
谢谢！
答案：BD
2．(双选)关于光敏电阻，下列说法正确的是( BD ) A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电压这个 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
设图中 CD 方向长度为 L，则 qULH＝qvB. 根据电流的微观解释 I＝nqSv. 整理后，得 UH＝nIqBd令 k＝n1q，因为 n 为材料单位体积的带 电粒子个数，q 为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所 以有 UH＝kIdB.
【例1】如图 6－1－2 所示，截面为矩形的金属导体，放 在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什 么关系( )
题型 1 光敏电阻的特性 【例 2】(双选)如图 6－1－3 所示为光敏电阻自动计数器 的示意图，其中 R1 为光敏电阻，R2 为定值电阻，此光电计 数器的基本工作原理是( )
图 6－1－3
A．当有光照射 R1 时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射 R1 时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 解析：有光照时，R1 的电阻较小，电路中的电流较大，内 电压与 R2 两端的电压较大，R1 的电压较小．无光照时，R1 的电 阻较大，电路中的电流较小，内电压与 R2 两端的电压较小，R1 的电压较大．物块运动挡住光时，要记数一次，所以信号处理 系统每获得一次高电压就记数一次．
A．UM>UN C．UM<UN
图 6－1－2 B．UM＝UN D．无法判断
解析：霍尔效应是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用， 做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力 作用，向 M 板运动，则 M 板剩下负电荷，所以 UM<UN.
答案：C
1．霍尔元件能转换哪两个量( B ) 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 解析：霍尔效应形成电流的自由电荷受到洛伦兹力的作用 向一侧聚集，从而形成横向电场，把磁学量转换成电学量．
解析：R2 与灯 L 并联后与 R1 串联，与电源构成闭合电路， 当热敏电阻温度降低时，电阻 R2 增大，外电路电阻增大，电流 表读数减小，灯 L 电压增大，灯泡亮度变强，R1 两端电压减小， 故 C 正确，其余各项均错．
答案：C
3．如图 6－1－5 所示，将多用表的选择开关置于“欧姆” 挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt(负温度系 数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)的两端相 连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往 Rt 上擦一些酒精与 用吹风机将热风吹向电阻，两种情况下表针偏转方向为( )
3．霍尔电压：UH＝kIdB其中 k 为比例系数，称为霍尔系数， 其大小与薄片的材料有关．
4．霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹 力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另 一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛伦 兹力相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板 两侧会形成稳定的电压．
题型 2 热敏电阻的特性 【例 3】如图 6－1－4 所示，R1 为定值电阻，R2 为负温度 系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高 而减小的热敏电阻)，L 为小灯泡，当温度降低时( )
图 6－1－4
A．R1 两端的电压增大 C．小灯泡的亮度变强
B．电流表的示数增大 D．小灯泡的亮度变弱
谢谢！
答案：BD
2．(双选)关于光敏电阻，下列说法正确的是( BD ) A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电压这个 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
设图中 CD 方向长度为 L，则 qULH＝qvB. 根据电流的微观解释 I＝nqSv. 整理后，得 UH＝nIqBd令 k＝n1q，因为 n 为材料单位体积的带 电粒子个数，q 为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所 以有 UH＝kIdB.
【例1】如图 6－1－2 所示，截面为矩形的金属导体，放 在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势有什 么关系( )
题型 1 光敏电阻的特性 【例 2】(双选)如图 6－1－3 所示为光敏电阻自动计数器 的示意图，其中 R1 为光敏电阻，R2 为定值电阻，此光电计 数器的基本工作原理是( )
图 6－1－3
A．当有光照射 R1 时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射 R1 时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 解析：有光照时，R1 的电阻较小，电路中的电流较大，内 电压与 R2 两端的电压较大，R1 的电压较小．无光照时，R1 的电 阻较大，电路中的电流较小，内电压与 R2 两端的电压较小，R1 的电压较大．物块运动挡住光时，要记数一次，所以信号处理 系统每获得一次高电压就记数一次．
A．UM>UN C．UM<UN
图 6－1－2 B．UM＝UN D．无法判断
解析：霍尔效应是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用， 做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向上的洛伦兹力 作用，向 M 板运动，则 M 板剩下负电荷，所以 UM<UN.
答案：C
1．霍尔元件能转换哪两个量( B ) 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 解析：霍尔效应形成电流的自由电荷受到洛伦兹力的作用 向一侧聚集，从而形成横向电场，把磁学量转换成电学量．
解析：R2 与灯 L 并联后与 R1 串联，与电源构成闭合电路， 当热敏电阻温度降低时，电阻 R2 增大，外电路电阻增大，电流 表读数减小，灯 L 电压增大，灯泡亮度变强，R1 两端电压减小， 故 C 正确，其余各项均错．
答案：C
3．如图 6－1－5 所示，将多用表的选择开关置于“欧姆” 挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻 Rt(负温度系 数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)的两端相 连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往 Rt 上擦一些酒精与 用吹风机将热风吹向电阻，两种情况下表针偏转方向为( )
3．霍尔电压：UH＝kIdB其中 k 为比例系数，称为霍尔系数， 其大小与薄片的材料有关．
4．霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹 力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另 一种电荷，从而形成横向的电场；横向电场对电子施加与洛伦 兹力相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板 两侧会形成稳定的电压．
题型 2 热敏电阻的特性 【例 3】如图 6－1－4 所示，R1 为定值电阻，R2 为负温度 系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高 而减小的热敏电阻)，L 为小灯泡，当温度降低时( )
图 6－1－4
A．R1 两端的电压增大 C．小灯泡的亮度变强
B．电流表的示数增大 D．小灯泡的亮度变弱