学案：6.1 传感器及其工作原理

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高中物理第六章传感器第1节传感器及其工作原理教学案新人教版

第1节传感器及其工作原理1.传感器按照一定的规律把非电学量转化为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。

2．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。

3．热敏电阻和金属热电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

4．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。

5．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

一、传感器1．传感器的定义能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件。

2．非电学量转换为电学量的意义把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制。

二、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。

三、热敏电阻和金属热电阻图6111．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明显，温度升高电阻减小，如图611所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。

图6122．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图612所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。

四、霍尔元件1．霍尔元件图613如图613所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，它就成为一个霍尔元件。

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。

2．霍尔电压U H ＝k IB d(1)其中d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，其大小与薄片的材料有关。

(2)一个霍尔元件的厚度d 、霍尔系数k 为定值，再保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比，因此霍尔元件又称磁敏元件。

6.1 传感器及其工作原理优秀教案优秀教学设计高中物理选修3-2：传感器 (4)

6.1传感器及其工作原理1.教材分析首先，通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念。

然后，介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习的物理知识了解它们的工作原理。

这样，就为认识传感器的应用打下了基础。

为了引起学生的兴趣和加强感性认识，安排了几个演示实验和随堂的学生分组实验，这是必不可少的。

2.传感器概念的教学学生在平时很少感受到传感器的存在及其所起的作用。

．因此，宜采用从具体的事例引导的方法，来认识什么是传感器。

首先，用“永磁体控制小灯泡开关”的实验引入课题，所使用的干簧管构造很简单，并且易于由磁化的知识了解其工作原理，具体内容可参阅后面实验参考资料部分的相关内容。

接着，通过若干事例提出了温度传感器的应用，还可以由教师和学生共同举出能够接触到的其他事例。

最后，概括出传感器的一般概念。

传感器将非电学量转换成的电学量可以有两类。

一类是模拟量，如电阻、电压、电流等，便于计量。

光敏电阻就属于这一类。

另一类是开关量，如电路的通与断，便于实现控制的功能，干簧管就属于这一类。

课本图6．1—3中的温度传感器照片，从上到下分别是：开关型热敏电阻、热电偶、铂热电阻、硅P—N结集成温度传感器。

3.光敏电阻的教学光敏电阻是一种最简单的光敏元件，它的价格低(几角钱)，不易损坏，适合学生实验。

用课本图6．1—5所示的方法做随堂实验，可以直接观察到电阻随光照的变化，并且能够让学生再次练习使用多用电表。

有关使用光敏电阻做传感器应用电路的内容将在后面介绍。

要将光敏电阻与普通电阻器对比，突出显示光敏电阻对光照的高度敏感性。

普通电阻器的导电物质是附着在细瓷棒(或细瓷管)上的金属膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。

讲解光敏电阻的工作原理，能够扩展学生关于物质导电性的知识。

除了已学过的金属的自由电子导电和溶液的离子导电外，又认识了半导体依靠载流子导电的机理。

在课本“科学漫步”栏目中，对这种导电机理做了浅显的解释，学生有所领会即可，不要求掌握。

1.传感器及其工作原理学案

选修3----2第六章传感器1.传感器及其工作原理（学案）学习目标1．通过观察一些现象和常见的实例，初步认识传感器。

2．初步认识三种制作传感器的敏感元件。

本节重点认识三种制作传感器的敏感元件。

自主学习1．干簧管是一种__________的传感器。

2．传感器是一种能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等__________，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等__________，或转换为__________的一类元件。

3．光敏电阻能够把__________转换为__________。

4．热敏电阻或金属热电阻能够把__________转换为__________这个电学量。

5．霍尔元件能够把__________转换为__________这个电学量。

学习过程1．实验探究一：目的：引起学生的好奇心。

内容方法：干簧管控制电路的通断。

2．实验探究二：目的：了解光敏电阻对电路的影响。

实验方案设计：对课本的实验进行修改。

使用电池、灵敏电流计、导线、光敏电阻组成电路，用光照光敏电阻时观察电流的变化。

实验分析：电流为什么变化。

实验理解：光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

3．实验探究三：目的：了解热敏电阻对电路的影响。

（同上略）实验小结：介绍光敏电阻、热敏电阻的组成材料及半导体的特性。

4．理论探究：（教师讲解）霍尔元件例题书54页问题与练习第一题（答案见教参）作业书55页问题与练习第二题（答案见教参）自主学习答案1。

能够感知磁场2.非电学量；电学量；电路的通断3.光照强弱这个光学量；电阻这个电学量4.温度这个热学量；电阻5磁感应强度这个磁学量；电压。

传感器及其工作原理

H H6.1 传感器及其工作原理一. 传感器的原理传感器是这样一类元件：它能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们转换成电学量〔电压、电流等〕,或转换为电路的通断.这样就可以更方便地进行传输、测量、处理了.二. 传感器的分类1. 光电传感器—光敏电阻半导体,光照越强,电阻越小.2. 温度传感器—热敏电阻和金属热电阻.〔1〕热敏电阻：半导体,温度越高,电阻越小.〔2〕金属热电阻：金属,温度越高,电阻越大.3. 电容式位移传感器位移转换成电容器电容的变化.4. 霍尔元件把磁学量转换成电学量〔1〕霍尔电压：矩形半导体薄片,通电流I ,垂直方向加磁场B ,那么在两侧出现电压H IB U k d. k —霍尔系数. 与薄片材料有关； d —霍尔元件厚度〔2〕原理：载流子运动,受洛伦兹力作用,在两侧累积电荷,形成电压.〔3〕霍尔元件〔磁敏元件〕：H U 与B 成正比.把B 转换成电压信号.三．例题分析例1. 如图所示,1R ,2R 为定值电阻,L 为小灯泡,3R 为光敏电阻,当照射光强度增大时〔〕A. 电压表的示数增大B. 2R 中电流减小C. 小灯泡的功率增大D. 电路的路端电压增大例2. 如图所示,1R 为定值电阻,2R 为负温度系数的热敏电阻,L 为小灯泡,当温度降低时〔〕A. 1RC. 小灯泡的亮度变强D. 小灯泡的亮度变弱例3. 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,那么压力F 发生变化D 、若电流计有示数,那么压力F 不发生变化例4. 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,那么可以验证U H 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,U H 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,U H 将发生变化例5. 如图为一热敏电阻的I —U 关系曲线图.〔1〕为了通过测量得到I —U 关系的完整曲线,在图甲和图乙两个电路中应选择的是图；简要说明理由.〔电源电动势9V ,内阻不计,滑动变阻器0～100Ω〕〔2〕在右图所示电路中,电源电压恒为9V ,电流表读数为70mA,定值电阻1250R =Ω,由热敏电阻的I —U 关系曲线图可知,热敏电阻两端的电压为V,电阻2R 的阻值为Ω[例题答案]例1. ABC ；例2. C ；例3. BC ；例4. ABD ；例 5. 〔1〕甲；甲图电压调节X 围大,可从0调到所需电压.〔2〕1190.036 A 250U I R ===,210.070.0360.034 A I I I =-=-=,查表知=5.2 V U 热敏, 那么29 5.2 3.8 V U U U =-=-=热敏,222111.8 ΩU R I ==。

传感器及其工作原理的教案

传感器及其工作原理的教案一、教学目标1. 了解传感器的概念、作用和分类。

2. 掌握常见传感器的工作原理和应用。

3. 能够分析传感器在现实生活中的重要作用。

二、教学内容1. 传感器的基本概念解释传感器的定义，描述传感器在电子设备中的作用。

2. 传感器的分类介绍常见传感器的类型，如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。

3. 温度传感器讲解温度传感器的工作原理，如热敏电阻、热电偶等。

4. 压力传感器介绍压力传感器的工作原理，如应变片、压阻传感器等。

5. 光敏传感器阐述光敏传感器的工作原理，如光电二极管、光敏电阻等。

三、教学方法1. 采用讲授法，讲解传感器的基本概念、分类和各种传感器的工作原理。

2. 使用演示法，展示传感器的工作过程和应用实例。

3. 开展小组讨论，分析传感器在现实生活中的作用。

四、教学准备1. 准备相关教材、课件和教学图片。

2. 准备实物传感器，如温度传感器、压力传感器等。

3. 准备示波器、电压表等实验器材。

五、教学过程1. 导入新课通过提问方式引导学生思考传感器在生活中的应用，激发学生的兴趣。

2. 讲解传感器的基本概念讲解传感器的定义，阐述传感器在电子设备中的作用。

3. 介绍传感器的分类介绍常见传感器的类型，让学生了解传感器家族。

4. 讲解温度传感器的工作原理讲解热敏电阻、热电偶等温度传感器的工作原理。

5. 讲解压力传感器的工作原理讲解应变片、压阻传感器等压力传感器的工作原理。

6. 讲解光敏传感器的工作原理讲解光电二极管、光敏电阻等光敏传感器的工作原理。

7. 演示传感器的工作过程和应用实例展示实物传感器的工作过程，让学生更直观地理解传感器的工作原理。

8. 小组讨论让学生结合生活实际，分析传感器在现实生活中的重要作用。

9. 课堂小结10. 布置作业布置一些有关传感器的思考题和实践题，巩固所学知识。

1. 课堂问答：通过提问，了解学生对传感器概念和分类的掌握情况。

2. 小组讨论：观察学生在讨论中的表现，评估他们对传感器工作原理的理解。

《传感器及其工作原理》教案2

传感器及其工作原理知识与技能：（1）通过实验及生活中的实例获得对传感器的感性认识。

（2）知道干簧管、光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻的特性和工作原理。

（3）知道什么是传感器，它的作用、类别、目的。

知道非电学量转换成电学量的技术意义；重点：传感器的概念，光敏电阻、热敏电阻的特性，热敏电阻、金属热电阻的特性差异。

难点：传感器的工作原理。

教具准备：声控光控灯泡1支，干簧管1只，光敏电阻、热敏电阻各30个，多用电表30个，烧杯30个过程与方法：学生主体，教师主导。

以学生自主活动为主，以探究为原则。

探究式教学法：具体实例引导→感知传感器→传感器元件特性探究→引导学生观察→功能总结→尝试应用。

情感态度与价值观：体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣教学过程2、将热敏电阻接触热水，阻值有什么变化？学生探究得出：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。

【板书】温度高低→电阻大小除了热敏电阻外，还有一种金属热电阻，它也能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量【板书】4、金属热电阻上学期我们学金属的电阻率的时候知道金属的电阻率随温度升高而怎么变化呢？引导学生理论分析得出：温度升高，金属热电阻阻值变大引导学生总结：热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。

【板书】温度高低→电阻大小与热敏电阻比较投影电阻与温度的关系曲线：如图是两种不同材料的传感器电阻随温度变化的图象，请同学们指出哪条是热敏电阻的曲线，哪条是金属热电阻的曲线金属热电阻的灵敏度较差，但化学稳定性好，测温范围大。

典型材料：金属铂（白金）。

下面我们再来看看这个仪器能有什么作用：展示电容位移传感器分析得出：这个能够将位移转化为电容值除了这几个，刚才我们演示的声控开关也是一种传感器。

它将声音信号转变为了电路的通断。

将各种传感器及其功能集中投影，引导学生总结得出传感器的概念。

问题：传感器感受到的信号属于什么类型的信号？传感器将这类信号转变为什么类型的信号了？总结得出，传感器能够将非电学量转变为电学量【板书】二、传感器的定义：能够将非电学量转变为电学量的元件它的优点是：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。

高二物理3-2传感器学案

第六章传感器§6.1 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：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。

２、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。

３、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。

４、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，再将电表的两支表笔与一热敏电阻R t的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。

若往R t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。

2021-2022高二物理人教版选修3-2学案：第六章 1 传感器及其工作原理 Word版含解析

学案1传感器及其工作原理[目标定位] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．一、什么是传感器[问题设计]如图1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，灯泡熄灭．图1盒子里有什么样的装置，才能消灭这样的现象？答案盒子里用到了干簧管．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．[要点提炼]1．干簧管结构：如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．图2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．2．传感器定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们依据肯定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件．3．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以便利地进行测量、传输、处理和把握．4．在分析传感器时要明确：(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或把握开关的．二、光敏电阻[问题设计]在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以精确得知生产产品的数量，如图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什么？图3答案当光被产品拦住时，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，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．[要点提炼]1．光敏电阻：把电阻率与所受光照强度有关的物质(如硫化镉)涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻．2．原理：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增加，载流子增多，导电性变好．3．特点：光照越强，电阻越小．4．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[问题设计]如图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与负温度系数的热敏电阻R T(温度上升，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中心．若在R T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？图4答案由于酒精挥发，热敏电阻R T 温度降低，电阻值增大，指针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T 温度上升，电阻值减小，指针将向右偏． [要点提炼]1．热敏电阻：用电阻随温度变化格外明显的半导体材料如(氧化锰)制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻． (1)正温度系数的热敏电阻随温度上升电阻增大．(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度上升电阻减小．2．金属热电阻：金属的电阻率随温度上升而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．3．热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差．四、霍尔元件 [问题设计]如图5所示，在矩形半导体薄片E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向移动，使M 、N 间消灭了电压，称为霍尔电压U H .试推导其表达式．图5答案设薄片厚度为d ，EF 方向长度为l 1，MN 方向长度为l 2，薄片中的载流子受到洛伦兹力发生偏转，使半导体内部消灭电场，载流子同时受到电场力和洛伦兹力的作用，当洛伦兹力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到稳定．即q Ul 2＝q v B再依据电流的微观表达式I ＝nq v S ，S ＝l 2d 整理得：U ＝IB nqd令k ＝1nq ，其中n 为材料单位体积的载流子的个数，q 为单个载流子的电荷量，它们均为常数．则有U ＝k IBd .[要点提炼]1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件． 2．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 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间消灭电压．霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡．3．作用：霍尔电压U H ＝k IBd (d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数)．其中U H 与B 成正比，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． 4．霍尔电势凹凸的推断方法由左手定则推断带电粒子的受力方向，假如带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，假如是负电荷，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．一、对传感器的生疏例1 如图6是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．图6其中电源电压保持不变，R 是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．(1)若把一只电压表接在c 、d 之间当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)． (2)将电压表接在b 、c 之间，当油箱中油量削减时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．解析 (1)当油量削减时，R 的数值会增大，电路中的电流会减小，c 、d 间的电压会减小．当把电压表接在c 、d 两点间，电压表示数减小时，表示油量在减小．(2)把电压表接在b 、c 之间，油量削减时，R 增大，电压表的示数增大．答案 (1)减小 (2)增大二、对光敏电阻、热敏电阻的生疏及应用例2 如图7所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图7。

6.1传感器及其工作原理

日光照
强光照
1.光敏电阻：
（1）特性：光照越强，电阻越小。它能把_光__照__强__弱_这个光学量转换为_电__阻__这个电学量。
（2）导电原理：载流子的移动
无光照时，载流子极少，导电性能不好；光照增强，载流子也增多，导电性变好。
热敏电阻和金属热电阻
热敏电阻
2.金属热电阻和热敏电阻：
（1）金属热电阻： ①材料：金属 ②热敏特性：阻值会随着温度的升高而_增__大___
电压
电流电阻电路通断
非电学量 → 传感器 → 电学量/电路的通断
光敏电阻的构造
材料：制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉
实验：探究光敏电阻在不同光照条件下的阻值
二、光敏电阻元件
1、实验探究光敏电阻的特性： ①实验仪器：
②实验结果：
光照情况
无光照
光敏电阻
③实验结论：光照越强，光敏电阻越小
演示实验：加热钨丝，观察小灯泡亮度变化
钨丝
小灯泡
E
S
实验现象：加热钨丝，小灯泡变暗
三、热敏电阻元件
②定量判断热敏电阻随温度变化关系
金属电阻
热敏电阻
实验结论：热敏电阻随温度的升高电阻减小金属电阻随温度的升高电阻增大
1、热敏电阻
（1）材料：半导体
R
（2）特性：热敏电阻的阻值会随着温度的升高而_减__小__，具有负温度系数
电
阻
霍尔元件
工作原理：在一个很小的矩形半导体薄片上,制作四个电极E、F、 M、N,它就形成了一个霍尔元件,如图所示,在E、F间通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,则薄片中的自由电荷就在洛伦兹力的作用下向着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使M、N间出现了电压.设薄片中的自由电荷为正电荷，薄片厚度为d.

21-22版：6.1　传感器及其工作原理（创新设计）

霍尔元件两极间通入恒定的电流，同时外加与薄片垂直的磁场B时，薄片中
的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，在
两极上形成稳定的电压UH＝
kIB d
。
17
核心知识梳理
课堂重难突破
课堂小结
@《创新设计》
【例2】 (多选)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4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( ) A.电容器C的带电荷量增大 B.电压表的读数增大 C.电容器C两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大图4
8
核心知识梳理
课堂重难突破
课堂小结
@《创新设计》
四、霍尔元件阅读教材第55页，了解霍尔元件的工作原理。
1.霍尔电压
如图 1 所示，E、F 间通入恒定电流 I，同时外加与薄片垂直的磁场 B，则 M、N
IB
间出现霍尔电压 UH，UH＝__k__d__。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。
3
核心知识梳理
课堂重难突破
课堂小结
【思考判断】
(1)传感器可以把非电学量转换为电学量。( √ ) (2)传感器可以把力学量(如形变量)转变成电学量。( √ ) (3)传感器可以把热学量转变成电学量。( √ ) (4)传感器可以把光学量转变成电学量。( √ )
@《创新设计》
4
核心知识梳理
课堂重难突破
解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部
分光线，阻值变大，由欧姆挡的特点知，指针左偏，故指针自左

6.1 传感器及其工作原理

霍尔元件能够把磁学量（B）转换为电学量（U）
第六章传感器
6.1 传感器及其工作原理
一、传感器简介
1、什么是传感器
传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
传感器：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 ……
4、电容式位移传感器
电容器极板
x
电介质板被测物体
电容式位移传感器示意图
电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量
5、霍尔元件
（1）材料：半导体如：砷化铟（2）霍尔电压:
I
IB UH k d
B UH
K为比例系数，称为霍尔系数其大小与元件的材料有关。
说明：霍尔元件的d、k为定值，若I恒定，UH 与B成正比。因此霍尔元件又称磁敏元件。
2、热敏电阻
（1）材料：半导体
（2）特性：
阻值随温度的升高而减小，具有负温度系数 R
热敏电阻R-T 关系示意图
o
T
3、金属热电阻
（1）材料：金属热电阻是用金属做成的（2）特性：阻值会随温度的升高而增大，具有正温度系数 R 金属热电阻R-T 关系示意图 O T
热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量
电压传感器电流
电阻
电容 ……
传感器的工作原理
物理信息化学信息生物信息
电用元器件 1、光敏电阻（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：一般为半导体。如：硫化镉光敏电阻能够把光信号（光照强弱）转换为电信号（电阻）

高中物理 6.1 传感器及其工作原理导学案新人教版选修

高中物理 6.1 传感器及其工作原理导学案新人教版选修6、1 传感器及其工作原理导学案新人教版选修3-2\【学习目标】(1）知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理 (2)知道光敏电阻特点及作用(3)掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别(4)理解霍尔元件的原理及作用会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路【重点难点】传感器的工作原理【学习内容】课前自学1、干簧管结构：______________________________________作用：______________________________________________2、传感器作用：________________________________________分类：________________________________________3、光敏电阻构造及特点：________________________________作用：__________________________________________4、热敏电阻和金属热电阻_________________________________________________________ _________________5、霍尔元件______________________________________核心知识探究1、干簧管结构：它只是玻璃管内封入的的两个_______________________________制成的簧片、作用：在电路中起到_______________的作用，它是一种能够_______________________________的传感器、2、传感器作用：它是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等＿＿＿＿＿＿＿按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等＿＿＿＿＿＿＿，或转换为＿＿＿＿＿＿＿的一类元件、分类：常见的传感器有色标传感器、温度传感器、＿＿＿＿＿＿＿、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等、3、光敏电阻构造及特点：光敏电阻是用＿＿＿＿＿＿＿制成的，硫化镉就是一种＿＿＿＿＿、其特点是电阻率随光照强度的增大而＿＿＿＿＿＿＿，原因是：无光照射，载流子＿＿＿＿＿＿＿，导电性＿＿＿＿＿＿＿、作用：光敏电阻能够把＿＿＿＿＿＿＿转化为＿＿＿＿＿＿＿、4、热敏电阻和金属热电阻热电阻：金属的电阻率随温度的升高而＿＿＿＿＿＿＿，用多金属做成的传感器称为热电阻、其特点是＿＿＿＿＿＿＿、测温范围＿＿＿＿＿＿＿，但＿＿＿＿＿＿＿较差、热敏电阻：半导体材料的导电能力随温度升高而＿＿＿＿＿＿＿，电阻率随温度升高而＿＿＿＿＿＿＿，用＿＿＿＿＿＿＿做成的传感器称为热敏电阻，热敏电阻也可以用＿＿＿＿＿＿＿制成、其特点是灵敏度＿＿＿＿＿＿＿、二者的作用：二者都能把＿＿＿＿＿＿＿转化为＿＿＿＿＿＿＿、5、霍尔元件霍尔电压：①形成过程：＿＿＿＿＿＿＿、②表达式UH=＿＿＿＿＿＿＿，式中d为，k为＿＿＿＿＿＿＿，其大小与＿＿＿＿＿＿＿有关、作用：用霍尔元件能够把＿＿＿＿＿＿＿转换为＿＿＿＿＿＿解题方法探究例1 如图6－1－2所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻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）、6－1－2【解析】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，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏【答案】左右【特别提示】（1）热敏电阻的阻值随温度的变化而变化、阻值随温度的升高而增大的我们称之为正温度系数热敏电阻(PTC)、阻值随温度的升高而减小的我们称之为负温度系数热敏电阻(NTC)、（2）欧姆表的表盘刻度最右侧为0Ω，最左侧为最大值、例2用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是( )A、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小【课堂小结与反思】【课后作业与练习】1、下列说法正确的是A、传感器担负着信息采集的任务B、干簧管是一种磁传感器C、传感器不是电视摇控接收器的主要元件D、传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具2、如图6－1－4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图6－1－4B、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3、用多用电表的同一档位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是A、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B、测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D、测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小4、利用半导体材料可制成哪些电子元件A、热敏电阻B、光敏电阻C、晶体管D、标准电阻5、如图6－1－5所示，某半导体热敏电阻的I－U图线可能是图6－1－56、金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，图中可能表示金属铂电阻的U－I图线是7、下列说法正确的是A、金属导体的电阻率随温度增加而减小B、半导体的电阻率随温度增加而增大C、用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件D、用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用8、关于热敏电阻以下说法中正确的是A、热敏电阻的阻值随温度升高而增大B、热敏电阻的阻值随温度升高而减小C、热敏电阻的阻值随温度变化而均匀变化D、热敏电阻可以用金属氧化物制作9、一般光敏电阻的阻值随入射光强度的增加而＿＿＿＿＿、由于它对光照较敏感，所以可以作＿＿＿＿＿传感器、。

物理61《传感器及其工作原理》学案

物理61《传感器及其工作原理》学案传感器是指能够将被测量的物理量变换成可用于测量、传输、记录、控制或指示等电信号输出的装置。

传感器广泛应用于生产、工业、仪器仪表、医疗、环境监测等领域，在现代社会中起着重要作用。

传感器的工作原理包括电磁感应原理、压阻效应原理、电容效应原理等。

本学案将围绕这些原理展开详细介绍。

一、电磁感应原理电磁感应是指当导体沿磁力线运动或磁力线相对于导体发生变化时，导体中就会产生感应电动势。

基于电磁感应原理的传感器有电压式传感器和电流式传感器。

1.电压式传感器电压式传感器使用线圈绕制成感应器，并与磁场相连。

当待测物理量变化时，会导致线圈中的磁场发生变化，从而引起感应电动势的变化。

这一变化可以通过接触器、放大器等电子元件转化成电信号输出。

2.电流式传感器电流式传感器是利用电流通过线圈时产生的磁场产生感应电动势。

线圈中的磁场会随着待测物理量的变化而变化，进而引起感应电动势的变化。

通常，电流式传感器采用磁场的大小来衡量待测物理量的变化。

二、压阻效应原理压阻效应即指材料的电阻会随着外加压力的改变而改变。

这种传感器通常称为压力传感器。

压阻式传感器利用的就是材料电阻随压力变化而改变的这一特性。

压阻式传感器主要包括层状结构传感器、电堆片结构传感器和全半导体式传感器。

层状结构传感器是指将感应材料层层堆叠在一起，当压力施加于传感器上时，材料之间的接触面积发生变化，从而改变电阻值。

电堆片结构传感器则是将多层感应材料交叉叠加在一起，压力施加时，感应材料的电阻也会随之变化。

全半导体式传感器则是一种利用压阻效应的变压器。

三、电容效应原理电容效应是指当两个带电体之间存在电位差时，它们之间就会形成电场。

当介质形状改变或介质中的电常数发生变化时，电容的大小也会随之变化。

这一原理被广泛应用于电容式传感器。

电容式传感器主要包括平行板电容式传感器、间隙电容式传感器和敏感电容式传感器。

平行板电容式传感器是通过改变金属板间的距离来改变电容的大小。

传感器及其工作原理(导)学案 (6)

1传感器及其工作原理学习目标知识脉络1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．2．知道将非电学量转化为电学量的意义．(重点)3．了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用．(重点、难点)传感器[先填空]1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．[再判断]1．传感器是一种把非电学量的变化转化为电学量的变化的元件．(√)2．传感器一定是把非电学量的变化转化为电路的通断．(×)3．干簧管是作为非电控元件以实现自动控制的．(√)[后思考]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？【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．[合作探讨]在现代的工农业生产和日常生活中大量的应用了传感器，给我们的生产和生活带来了极大的方便．探讨1：传感器是起什么作用的元件？【提示】传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．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．这其中的奥妙是什么？【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．3．传感器的工作流程非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量4．各组成部分的作用(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的．(2)转换元件：传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量(如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等)转换成易于测量的电学量(如电压、电流、电阻等)．1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是( )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【解析】传感器工作的一般流程为非电学量――→(被)敏感元件――――――→(感知，然后通过)转换元件――――――――――→(转换成电信号，再通过)转换电路―――――――――――――→(将此信号转换成易于传输或测量的)电学量，因此A 、B 、D 错，C 正确．【答案】 C2．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图6-1-1所示的电路，电源的电动势E 和内阻r 不变，在没有磁场时调节变阻器R 使电灯L 正常发光，若探测装置从无磁场区进入强磁场区．则( )图6-1-1A ．电灯L 变暗B ．电灯L 亮度不变C ．电流表的示数增大D ．电流表的示数减小【解析】探测装置从无磁场区进入强磁场区，磁敏电阻阻值变大，则闭合电路的总电阻R 总变大，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I ＝E R 总减小，电流表的示数减小，故选项C 错误、选项D 正确；由U 灯＝E －Ir 可知U 灯变大，电灯L 变亮，故选项A 、B 错误．【答案】 D3．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是()A．将力学量(如形变量)转换成磁学量B．将电学量转换成热学量C．将光学量转换成电学量D．将电学量转换成力学量【解析】传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故只有C项正确．【答案】 C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．2．热敏电阻和金属热电阻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半导体金属优点灵敏度好化学稳定性好，测量范围大作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量(1)构造很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N.(2)霍尔电压如图6-1-2所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压U H，U H＝k IBd.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U H的变化就与B成正比．图6-1-2(3)作用把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量．[再判断]1．光敏电阻本身就是一种传感器．(×)2．半导体制成的热敏元件温度升高时，电阻会发生大幅度变化．(√)3．金属热电阻的温度升高时，其电阻值会明显增大．(√)4．霍尔元件在电压稳定时，截流子所受的静电力和洛伦兹力平衡．(√)[后思考]1．热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？【提示】不一定，有的随温度的升高而增大(PTC元件)，有的随温度的升高而减小(NTC元件)．2．如图6-1-3所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N、M两侧面电势的高低．图6-1-3【提示】对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N，N侧面聚集负电荷，电势较低，M侧面带正电荷，电势较高，即φM>φN.[合作探讨]某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图6-1-4所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．图6-1-4探讨1：闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？【提示】温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大．探讨2：闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？【提示】温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R2两端的电压变小，电压表的示数变小．[核心点击]1．光敏电阻：光敏电阻一般为半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，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，于是导电性能明显增强．光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．热敏电阻和金属热电阻的特点(1)热敏电阻：指用半导体材料制成，电阻值随温度变化发生明显变化的电阻．如图6-1-5线①所示为某热敏电阻的电阻—温度特性曲线．图6-1-5(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，如图线②所示，这样的电阻也可以制作温度传感器．热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，而热敏电阻的灵敏度较好．3．霍尔元件(1)电场的产生：运动的载流子在洛伦兹力作用下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，从而形成横向电场．(2)电压的形成：横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，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；U H＝kIBd.U H与B成正比是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因．4．(2016·金华高二检测)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R p在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻/kΩ754028232018度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．甲乙图6-1-6(2)如图6-1-6乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R p(符号，阻值见图表)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．【解析】(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线．阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如图所示．【答案】见解析5．如图6-1-7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？图6-1-7【解析】当电子在金属导体中定向移动时，受到洛伦兹力会向上表面聚集，下表面剩余等量的正电荷，在导体中形成电场，其中上表面带负电荷，电势低，随着正、负电荷的不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即qE＝q v B时，电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压．因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带有等量的正电荷，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，即q Ub＝q v B又因为导体中的电流I＝neS v＝ne v bd，故U＝IBned.【答案】下表面电势高电势差为IB ned含有敏感元件电路的分析思路1．明确敏感元件的电阻特性．2．根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质分析电路中其一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况．3．思路流程：R局→R总→I总→U端→局部判断．电容式传感器[合作探讨]在无线电技术中会用到很多电容器，电容器在电路中具有充放电的作用．探讨1：平行板电容器的电容与哪些因素有关？【提示】由C＝εr S4πkd知平行板电容器的电容与εr、S成正比，与d成反比．探讨2：电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？【提示】极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．[核心点击]常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况测定液体深度h的电容式传感器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化．知道C的变化，就可以知道F的变化情况测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道x的变化情况6．(2016·杭州高二检测)传感器是把非电学量(如温度、速度、压力等)的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．如图6-1-8是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图．电容C大小的变化就能反映液面的升降情况．关于两者关系的说法中正确的是()图6-1-8A．C增大表示h减小B．C减小表示h增大C．C减小表示h减小D．C的变化与h变化无直接关系【解析】C增大表示电容器的正对面积变大，h增大，C减小表示h减小，故C正确．【答案】 C7．传感器是一种采集信息的重要器件，如图6-1-9是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()图6-1-9①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；④若电流表有示数，说明压力F发生变化；⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化．A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤【解析】在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C＝εr S4πkd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．【答案】 A8．如图6-1-10所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝A sin(100πt)的振动，则()图6-1-10A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大【解析】由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据场强E＝Ud，C＝εS4πkd可判断A错、D对；再由Q＝CU可知，B错；由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错．【答案】 D电容式传感器的应用1．电容式传感器是将非电学量(如：介质的变化、距离的变化，正对面积的变化)转化为电信号的变化．2．电容式传感器可以测定距离、面积、压力、位移、压强等．学业分层测评(十二)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于传感器的下列说法正确的是()A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．以上说法都不正确【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．【答案】 B2．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度地减小，则这种元件使用的材料可能是()A．金属导体B．绝缘体C．半导体D．超导体【解析】金属导体的电阻随温度的升高而增大，超导体的电阻几乎为零，半导体(如热敏电阻)的阻值随温度的升高而大幅度地减小．【答案】 C3．(2016·仙桃八中高二检测)关于传感器及其作用，下列说法正确的是() A．传感器一定是把非电学量转换为电学量B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器【解析】传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．【答案】 C4．(2016·盐城高二检测)如图6-1-11所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法中正确的是()图6-1-11A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变【解析】触头P左移，其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．【答案】 A5．(多选)(2016·德州高二检测)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的大小这个电学量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【解析】光敏电阻的导电性能看载流子的多少，光强时载流子多，导电能力就强，电阻小，所以选项A、B、D正确，C错．【答案】ABD6．如图6-1-12所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水换为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()图6-1-12A．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【解析】若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故欧姆表读数变大且不明显，选项A、B错误；若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，选项C正确、选项D错误．【答案】 C7．(多选)如图6-1-13所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()图6-1-13A．严重污染时，LDR是高电阻B．轻度污染时，LDR是高电阻C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．【答案】AD8．影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图6-1-14甲所示的分压电路，测得其电压与电流的关系如表所示：U/V0.400.600.80 1.00 1.20 1.50 1.60I/A0.200.450.80 1.25 1.80 2.81 3.20甲乙图6-1-14(1)根据表中数据，判断用电器件Z可能属于上述哪类材料？(2)把用电器件Z接入图乙所示的电路中，闭合开关，电流表的读数为1.8 A，电池的电动势为3 V，内阻不计，电阻R的电功率为多大？【解析】(1)由表格中数据可得，电阻随电压的增大而减小，而电压越大，用电器件温度越高，所以材料为半导体．(2)查表I＝1.8 A时，Z的电压为1.2 V，则U R＝E2－U Z＝3 V－1.2 V＝1.8 V.P R＝IU R＝1.8×1.8 W＝3.24 W.【答案】(1)半导体(2)3.24 W[能力提升]9．某同学设计的散热排风控制电路如图6-1-15所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小．控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．下列说法中正确的是()图6-1-15A．环境温度升高时，A点电势升高B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作【解析】当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小．则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转，工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误．【答案】 A10．如图6-1-16所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时()图6-1-16A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势【解析】光敏电阻随光强的增大而减小，故当用光照射电阻R3时，R3的电阻变小，此时R3两端的电压减小，则a点的电势升高，而b点电势不变，故a点电势高于b点电势，选项A正确．【答案】 A11．(2016·衡阳高二检测)如图6-1-17所示，图甲为热敏电阻的R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则甲乙图6-1-17(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)．(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.【解析】(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈中的电流小于20 mA 时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．要使恒温箱内的温度保持50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路的欧姆定律得I＝Er＋R＋R′，r为继电器的电阻．由图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R′＝EI－R－r＝260 Ω.【答案】(1)A、B端(2)26012．一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图6-1-18所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量为e.将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I.图6-1-18(1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面电势高？(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与其中的电流成正比；(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场中，用毫安表测量通过的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压U CC′，就可测得B.若已知其霍尔系数k＝1ned＝10 mV/mA·T.并测量U CC′＝0.6 mV，I＝3 mA.试求该元件所在处的磁感应强度B的大小．。

传感器及其工作原理学案人教课标版(优秀教案)(可编辑修改word版)

控制处理电学量转换电路转换器件敏感元件非电学量●学案●【学习目标】第六章《传感器》学案§传感器及其工作原理．知道什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；．了解传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。

IB．理解霍尔电压公式U H kd。

【重点难点】.重点：理解并掌握光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件及各种传感器的应用原理及结构 .难点：分析并设计传感器的应用电路。

【课前预习】一、传感器．什么是传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为为电压、电流等电学量，或转转换为电路的通断的这一类元件统称为传感器。

传感器是将非电学量转化为电学量的元件，之后可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。

．传感器的工作原理传感器主要由敏感元件和转换电路两部分组成。

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，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过电路放大后，再送给控制系统分析处理产生各种控制动作。

传感流程如下图所示： .传感器的种类传感器的种类繁多，按转换用途来分，常见的传感器有：光学传感器、热学传感器、加速度传感器、力传感器、气敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等等。

二、常见的传感器元件.干簧管（）材料结构：普通干簧管有两个簧片，是用有弹性的软磁性材料制成的，它们密封在玻璃管中，成为一组常开型触点。

管中充入惰性气体来防止触点被氧化。

（）工作原理：当有磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通；磁体离开干簧管时，两个簧片失去磁性后而断开。

如图所示。

（）功能：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。

. 光敏电阻（）材料结构：由受光照敏感的半导体材料制成，如硫化镉。

把半导体材料硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，如图，这样就制成了一个光敏电阻。