-学年高中物理鲁科版选修3-2第5章5-1+2揭开传感器的“面纱”-PPT精选文档31页

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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．
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图 5－1、2－2
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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．
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热敏电阻和金属热电阻
3.如图5－1、2－9所示，R1为定值电阻，R2为负温度系 数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )．
答案 AC
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2．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按 如图5－1、2－8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5－1、2－8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．
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第1节 揭开传感器的“面纱” 第2节 常见传感器的工作原理
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1．知道什么是传感器，了解传感器的分类，理解其工 作原理．
2．知道温度传感器的原理，了解温度传感器在生活中 的应用．
3．知道光传感器的原理，了解光电传感器在生活中的 应用．
2．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
阻大小这个电学自主量学习．
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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．
Rt，电阻减小，指针右偏． 答案 左 右
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【典例2】 如图5－1、2－5所示为电阻R随温度T变化的 图线，下列说法中正确的是( )．
图 5－1、2－5
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 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．
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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．
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2．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．
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【典例1】 如图5－1、2－3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( )．
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一、传感器及种类 1．定义：能够感受外界信息并将其按照一定的规律转换成 电信号 的器件或装置． 2．分类：按工作原理的不同把传感器分为 物理传感器 、 化学传感器 和 生物传感器 ． 物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出 待测对象信息的传感器，如电容传感器、光电传感器． 化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气 敏传感器． 生物传感器是利用生物化学反应识别和检测信息的传感器， 如组织传感器．
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A．小灯泡的电阻发生了变化 B．小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 D．电源的电压随温度发生了变化 解析 电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增 大 ， 电 路 中 电 流 减 小 ， 根 据 P ＝ I2R 知 ， 小 灯 泡 的 实 际 功 率 减 小，所以变暗． 答案 变暗 C
B
．
当
有
光
照
射
R
时
1
，
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 计 数 一 次
D． 信 号 处 理 系 统 每 获 得 一 次 高 电 压 就 计 数 一 次
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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．
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三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻 (1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关． 温度变化，阻值有明显变化． (2)作用：热敏电阻可以将温度的高低这个热学量转化为 电阻这个电学量． (3)分类：热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制 成．半导体材料的导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所 用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负 温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻． 正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而 增加．
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 5－2－3
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．
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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．
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．
图 5－1、2－4
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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
答案 ABC 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．
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【变式1】 如图5－1、2－4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
3．光敏电阻的阻值随光照的增强而 减小 ． 4．常见的光电传感器：光敏电阻、光敏晶体管、光电二极管、 光电三极管、光电池等，它们都是利用某些物质在光照射下电学
特性随之变化的性质制成的．
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三、探究温度传感器的原理
1．温度传感器
图 5－1、2－1
温度传感器是一种将温度变化转换为 电学量 变化的装
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光敏电阻的特性
1.如 图 5－ 1、 2－ 7所 示 为 光 敏 电 阻 自 动 计 数 器 的 示 意 图 ，
其
中
R
为
1
光
敏
电
阻
，
R
为
2
定
值
电
阻
．
此
光
电
计
数
器
的
基
本
工
作
原 理 是 ( )．
图 5－1、2－7
A． 当 有 光 照 射 R1时 ， 信 号 处 理 系 统 获 得 高 电 压
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【变式2】 如图5－1、2－6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( )．
图 5－1、2－6
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3．传感器一般由 敏感元件 、 转换元件 和 转换电路 组 成． 敏感元件 是传感器的核心部分．
二、光电传感器的原理
1．光电传感器是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光 信号转换成 电信号 的器件或装置．
2．光敏电阻在被光照射时，它的电阻发生变化，这样光敏电 阻可以把光照强弱转换为 电阻大小 这个电学量．
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一、对传感器的正确理解 1．传感器的原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、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 大等处理后，再通过控制系统产生各种控制动作． 2．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．
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二、光敏电阻的基本特性 1．半导体的导电原理 如图5－1、2－2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．
置．常见的温度传感器有 热敏电阻 和 热电偶 等．
2．热敏电阻
热敏电阻利用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显．如
图 5－1、2－1 所示为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线．
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3．热敏电阻器的两种型号及其特性 热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件．在工作 温度范围内，电阻值随温度的升高而 增加 的是正温度系数(PTC) 热敏电阻器；电阻值随温度的升高而减小的是 负温度系数 (NTC) 热敏电阻器．
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图 5－1、2－8
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答案 当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路 中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧 片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电 路接通，蜂鸣器发声．反之，当没有光照射或光照很微弱时， 光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个铁质 簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声．