【人教版】传感器PPT1

【人教版】传感器PPT1PPT-精品课件 （实用 版）
【点评】 本题通过霍尔元件考查同学们分析问题、解决 问题的能力，解答时同学们要明确霍尔元件的原理，正确作出 图象，再根据图象求出结果．
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本 【章 人整 教合 版】提传升4感器第P四PT章1PPT传 -精感品器课件—（人实教用版（版2）019）高中物理选择性必修 第二册 课件( 共36张P PT)
【点评】 感温双金属片是将温度转化为双金属片的形 变，而应力双应变片是将应变片的形变量转化为电压输出．
专题三 磁传感器霍尔元件在自动控制中的应用 霍尔元件制成的磁传感器是霍尔效应原理的应用．将霍尔 元件(半导体材料或导体材料)放入磁场中，洛伦兹力使形成电 流的正负载流子分别聚集在霍尔元件的两个侧面，从而形成横 向电场，又使载流子受到与洛伦兹力反向的电场力．当此二力 达到平衡时，霍尔元件的另两个侧面间便产生一恒定的霍尔电 压．霍尔元件能将磁感应强度B这个磁学量转换为电压这一电 学量．
(2)激光器和传感器沿半径由中心向边缘移动．
理由：由题知Δt1>Δt2，或由图乙知，脉冲宽度在逐渐变 窄，说明光信号通过狭缝的时间变短，即圆盘上对应探测器所
在位置的线速度逐渐增大，所以探测器是由中心向圆盘边缘移
动．
(3)设狭缝宽度为d，狭缝第i次通过探测器时，探测器距转 轴的距离为ri，经历的时间为Δti(即激光信号的宽度)，则此时圆 盘上对应探测器所在位置线速度为vi＝2πTri.
【例5】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、 滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电 路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某 一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．
本 【章 人整 教合 版】提传升4感器第P四PT章1PPT传 -精感品器课件—（人实教用版（版2）019）高中物理选择性必修 第二册 课件( 共36张P PT)
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(2)工作过程：闭合S，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值 大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加 热；当温度达到设定值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继 电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热； 当温度低于设定值，又重复前述过程．
利用霍尔效应做成的霍尔元件有很多方面的用途，例如测 量磁场；测量直流和交流电路中的电流和功率；转换信号，如 把直流转换成交变电流并对它进行调制；放大直流或交流信号 等．
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【例4】 霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学
家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在
【例2】 一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘 上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝，将激光器与传感器 上下对准，使两者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两 侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动．激光器连续向下 发射激光束，在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器 之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经 处理后画出相应图象．图甲为该装置示意图，图乙为所接收到 的激光信号随时间变化的图象，横坐标表示时间，纵坐标表示 接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s.
【解析】 (1)由于常温时电熨斗是通电发热的，故上、下 触点必须接通而使电热丝工作．
(2)由于上层金属片的膨胀系数比下层金属片的大，则上层 金属片的形变大．
(3)应向上调节调温旋钮，使之减小对双金属片的压力，使 双金属片受热时易于和触点分离断电．
【答案】 (1)接触 (2)上层金属片的形变大 (3)向上调节
此时敏感元件的输出电压为：U＝ER·Rl (x＋Δx)． ③
综合①②③三式可得a＝2klUm－E U0. 若U>U0，系统的加速度方向水平向左；若U<U0，系统的 加速度方向水平向右．
【答案】 a＝2klUm－E U0
【点评】 输出电压和滑片位移相关联，敏感元件的动力 学方程和滑片位移(敏感元件位移)有关，这样就将输出电压和 敏感元件的状态联系起来了．
一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直
的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，
UH为霍尔电压，且满足UH＝k
IB d
，式中d为薄片的厚度，k为霍
尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．
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(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流 与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压 表的“＋”接线柱与____M____(选填“M”或“N”)端通过导线连 接．
(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝ 0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如 下表所示.
I/×10－3 A 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 UH/×10－3 V 1.1 1.9 3.4 4.5 6.2 6.8
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根据表中数据画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍 尔系数为_1_.5_(_1_.4_或__1_._6_均_可__)____×10－3V·m·A－1·T－1(保留两位有效 数字)．
专题四 设计自动控制电路
本专题为力学、电学、磁学的一个大综合，通过传感器把 它们联系在了一起，特别是简单电路的设计，不论是敏感元件 的基础知识，还是器材的组装、调试、器材连接、电路设计， 考查的既具体又灵活．近几年来，高考特别重视动手能力的考 查，而不局限于只会做题，更注重于学生的研究方法和创新思 维．
【答案】 (1)ω＝7.85rad/s (2)沿半径由中心向边缘移动 (3)Δt3≈0.67×10－3 s
【点评】 本题难在物理情景分析、隐含条件的运动都是动态过程， 所以分析时找准对应位置关系及有关物理量间的关系是解题的 关键．
专题二 感温双金属片在电熨斗中的应用
感温双金属片是由上、下两片膨胀系数不同的合金材料制 成并粘合在一起的．受热时，上、下两金属片的膨胀伸长幅度 不同，因而导致弯曲以控制电源触点的接通和断开．
【例3】 如图所示是电熨斗温度自动控制装置的示意 图．
(1)正常使用时，上、下触点应是分离的还是接触的？ (2)双金属片温度升高时，哪一层形变大？ (3)假设原来温度上升到80 ℃时，断开电源，现在要求60 ℃时断开电源，应怎样调节调温旋钮？
第四章
传感器
本章整合提升
[知识建构]
[专题突破]
专题一 传感器的应用
传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定 关系的、便于测量的量的一种装置．在工农业生产及生活中有 着广泛的应用，在处理实际问题时要注意被测量与转换量之间 的关系．同时，传感器一般是把被测量转换成电学量，因此往 往与电子元件一起构成电路，所以注意电路分析，对各种敏感 元件特性及各种常用电子元件的工作特点要牢记，并针对具体 问题灵活处理，但不管怎样，搞清传感器的工作原理以及过程
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【解析】 本题考查热敏电阻与电磁继电器，热敏电阻R1 与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．
(1)电路图如图所示
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是求解问题的关键．因此，求解时必须结合题目提供的所有信 息，认真分析传感器所在的电路结构，这样才能对题目的问题 作出解释或回答．
【例1】 加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科 技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信 息源．如图所示为应变式加速度计的示意图．当系统加速时， 加速度计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连 接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件 的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏 感元件产生位移并转换为电信号输出．
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【解析】 (1)根据左手定则可判断带正电的粒子向M端偏 转，故应将电压表的“＋“接线柱与M端通过导线连接．
(2)作出UH－I图线如图所示．由UH＝kIdB得k＝UIBHd，从直线 上选取一点，读出其坐标值，再将题目中给出的B、d的值代 入，可计算出k≈1.5×10－3 V·m·A－1·T－1.
由d＝viΔti＝2πTriΔti，得ri＝d2Tπ·Δ1ti. ① 则有：r2－r1＝d2TπΔ1t2－Δ1t1， ② r3－r2＝d2TπΔ1t3－Δ1t2. ③
又因为探测器由中心向外做匀速移动，在一个周期内移动 的距离相同，故有r2－r1＝r3－r2. ④
由②③④得Δ1t2－Δ1t1＝Δ1t3－Δ1t2，解得： Δt3＝2ΔΔtt11－ΔtΔ2 t2＝1.20××11.00－－3×0.08.8××1100－－33 s ≈0.67×10－3 s.
已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电 源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效 长度为l，静态时，输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压 U的关系式．
【解析】 设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏 感元件的输出电压为：U0＝ER·xlR＝El x. ①
再设系统向左加速时滑片右移动Δx，则敏感元件的动力学 方程为：2kΔx＝ma. ②
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(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次 测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误 差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路．S1、S2均为单 刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流自Q端 流入，P端流出，应将S1掷向_____b___(选填“a”或“b”)，S2掷向 _____c___(选填“c”或“d”)．为了保证测量安全，该同学改进了 测量电路，将一合适的定值电阻串接在电路中．在保持其他连 接不变的情况下，该定值电阻应串接在相邻器件____S_1 ___和 __E_(_后__两_空__或__S_2___E_或__E___S_1或__E___S_2_)___(填器件代号)之间．
(1)利用图乙中的数据求1 s时圆盘转动的角速度； (2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向； (3)求图乙中第三个激光信号的宽度Δt3.
【解析】 (1)由图乙知，圆盘的转动周期为T＝(1.0－0.2)
s＝0.8
s或T＝(1.8－1.0)
s＝0.8
s，所以圆盘转动角速度ω＝
2π T
≈60.2.88 rad/s＝7.85 rad/s.
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(3)S1掷向b，S2掷向c.加入定值电阻的目的是为了防止两个 开关同时掷向a、c或b、d而将电源短路，故应将定值电阻串接 在相邻器件E和S1或E和S2之间．
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