人教版高中物理选修3-2课件6-1

图6-1-6
解析 光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以将Rt用不透光的 黑纸包起来，电阻增大，指针左偏；若用手电筒光照射Rt，电 阻减小，指针右偏． 答案 左 右
热敏电阻和金属热电阻的应用 【典例2】 如图6-1-7所示为电阻R随温度T变化的图线，下列 说法中正确的是( )． A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的 B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的 C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
图6-1-9
解析 因为自由电荷为电子，运动方向与电流方向相反故由
左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多
余等量的正电荷，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，有e
U b
＝evB，因为导体
中的电流I＝neSv＝nev·bd故U＝nIeBd
答案
下表面电势高
借题发挥 在光照时，光敏电阻阻值发生变化，阻值随光强 的增加而减小，在电路中，电流和电压也会发生相应的变 化，这样就把光学量转变成了电学量．
【变式1】 如图6-1-6所示，将多用电表的选择开关置于欧姆 挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rt的两端相连，这时 表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将Rt包裹起 来，表针将向________(选填“左”或“右”)转动；若用手电 筒光照射Rt，表针将向________(选填“左”或“右”)转动．
为电学量，或转换为电路的通断 的一类元件． 工作原理
二、光敏电阻 特点：电阻值随光照增强而 减小 ． 原因分析：光敏电阻由半导体材料制成，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 ．
作用：把 光照强弱 这个光学量转换为电阻这个电学量．
三、热敏电阻和金属热电阻
【变式2】 如图6-1-8所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关
组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精
灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是________，发生这
一现象的主要原因是( )．
A．小灯泡的电阻发生了变化B．来自灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化
IB ned
借题发挥 当电流在导体中流动时，运动电荷在洛伦兹力作 用下，分别向导体上、下表面聚集，在导体中形成电场，其 中上表面带负电，电势低，随着正负电荷不断向下，上表面 积累，电场增强、当运动电荷Q所受电场力与洛伦兹力平衡 时，即QE＝QvB时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表 面间形成稳定电压．
传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作 的．根据测量的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生 物型三类． 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质(如电阻、电 压、电容、磁场等)发生明显变化的特性制成的，如光电传感 器、力学传感器等．
化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转 换成为电学量的敏感元件制成的． 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用 以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质 主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微 生物传感器、免疫传感器等．
图6-1-3
霍尔元件 霍尔元件就是利用霍尔效应来设计的一个矩形半导体薄片，在其 前、后、左、右分别引出一个电极，如图6-1-4所示，沿PQ方向通 入电流I，垂直于薄片加匀强磁场B，则在MN间会出现电势差U， 设薄片厚度为d，PQ方向长度为l1，MN方向为l2，薄片中的带电粒 子受到磁场力作用发生偏转，使N侧电势高于M侧，造成半导体内 部出现电场．带电粒子同时受到电场力作用．当磁场力与电场力 平衡时，MN间电势差达到稳定，且有qUl2＝qvB.
【变式3】 如图6-1-10所示，一块通电的铜板放在磁场中，板
面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板左、
右边缘的两点，则( )．
A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．电流增大时，|φa－φb|增大
D．其他条件不变，将铜板改为NaCl 水溶液时，电势结果仍然一样
图6-1-10
解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电
图6-1-2
如果有了外电场，自由电子和空穴会向相反的方向做定向移 动，于是在半导体中形成了电流．自由电子和空穴都叫做载 流子． 当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获 得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，半导体中会 有更多的载流子，于是导电性能明显地增强．
光敏电阻的特性 (1)阻值特点：阻值随光照强度的增大而减小． (2)导电机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料 受到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电 子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小． (3)作用：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小 这个电学量．
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1 传感器及其工作原理
1．知道什么是传感器，理解传感器工作原理． 2．掌握制作传感器常用元件：光敏电阻、热敏电阻．金属热 电阻、霍尔元件等基本特性及工作原理． 3．初步掌握各种常用元件的简单应用．
一、什么是传感器 定义：感受 非电学 量，并能把它们按照一定的规律转换
流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用
向a侧偏转，所以φb＞φa.A错，B对，因|φa－φb|＝k
IB d
，所以电
流增大时，|φa－φb|增大．C对，若将铜板改为NaCl溶液，溶 液中的正、负离子均向a侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔 效应，故D选项错误．
答案 BC
光敏电阻的特性
图6-1-7
思路点拨 (1)热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度的变化方 向是相反的．(2)热敏电阻随温度变化明显． 解析 热敏电阻由半导体材料制成，电阻随温度升高而减 小，且灵敏度高，金属热电阻随温度升高电阻增大，灵敏度 不高，但测温范围大，化学性质稳定，故B、D正确． 答案 BD 借题发挥 牢记热敏电阻特性是解决此题的关键．热敏电阻 的阻值随温度的升高不一定减小，正温度系数的热敏电阻 (PTC)其阻值随温度的升高而增大．
图6-1-4
再根据电流的微观解释I＝nqSv，整理后，得U＝nIqBd.
令k＝
1 nq
，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U＝kIdB.
U与B成正比，霍尔元件能把磁学量转换成电学量．
特别强调 霍尔电势高低的判断方法 由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电 荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所 指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的 都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动 的反方向．在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还 是负电荷．
正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增加． 负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而下 降． 临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围 (临界)内急剧下降． (4)热敏电阻的用途 热敏电阻器的用途十分广泛，主要应用于：
①利用电阻—温度特性来测量温度，控制温度和元件、器 件、电路的温度补偿；②利用非线性特性完成稳压、限幅、 开关、过流保护的作用；③利用不同媒质热耗散特性的差异 测量流量、流速、液面、热导、真空度等；④利用热惯性作 为时间延迟器．
图6-1-11
解析 光电计数器工作原理：当有物体挡住射到光敏电阻R1 的光照时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压降 低，信号处理系统得到低电压，计数器每由高电压转到低电 压，就计一个数，从而达到自动计数的目的． 答案 AC
2．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图6-1-12 甲所示电路连接，制成光电报警装置．当报警器有光照射时，蜂 鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声．①光敏 电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小．②干簧管继电器开关： 由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图6-1-12乙所示，当线圈 中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁 质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合 状态．当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在 弹力的作用下回复到分离状态．试说明光电报警器的工作原理．
金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以 做成传感器，称为热电阻． 金属电阻随温度的升高而增加． 金属热电阻也是将温度的高低这个热学量转换为电阻这个电 学量．
四、正确理解霍尔元件及工作原理 霍尔效应
如图6-1-3所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感 应强度为B的均匀磁场中．当电流通过导体时，在导体的上侧面 A与下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．
热敏电阻
金属热电阻
特点 电阻率随温度升高而减小 电阻率随温度升高而增大
制作材料
氧化锰
铂
优点
灵敏度好
化学稳定性好，测温范围 大
作用
温度将这个热学量转换为这电个阻电学量
四、霍尔元件 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． 原理：E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B
光敏电阻的特性
【典例1】 如图6-1-5所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，
R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )．
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
图6-1-5
思路点拨 当照射光强度增大时，光敏电阻阻值发生变化，然后 根据直流电路的动态分析方法进行判断． 解析 光的强度是被测量，光敏电阻R3为光敏感元件，同时也是 转换器件．当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减 小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增 大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项 错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大，可知R2两端电压必 减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小 灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确． 答案 ABC