高中物理《传感器及其工作原理》学案11 新人教版选修3-2
高中物理《传感器及其工作原理》学案11 新人教版选修3-2
第六章 传感器 第一节 传感器及其工作原理【知能准备】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。
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___________。
它能把___________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 【同步导学】一、疑难分析1．光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照射时，载流子极少，导电性能能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。
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。
高中物理：6.1《传感器及其工作原理》教案(1)(新人教选修3-2)
《传感器及其工作原理》的创新教学设计教学依据①物理（新人教版）选修3－2第六章第1节《传感器及其工作原理》（P56－P60）；②新物理课程标准（实验）.教学流程图教学目标1.知识与技能：①知道非电学量转换成电学量的技术意义；②通过实验，知道常见传感器的工作原理；③初步探究利用和设计简单的传感器.2.过程与方法：①通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；②让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力.3.情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣.重、难点 1.几种常见传感器的工作原理（演示实验）；2.学生自己设计简单的传感器.教学策略用几个有趣的传感器实验引入课题，激发学生探究传感器原理的兴趣.给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后，重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻.安排音乐茶杯和火警装置两个设计性问题让学生体会传感器的简单应用.结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器，进一步深化传感器的工作原理.最后在对本节课总结的基础上，结合《思考与讨论》进行教学反馈.教学程序教学环节教学内容及师生互动设计情感与方法一．课题的引入二．什么是传感器？【演示实验1】干簧管控制电路的通断如图，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.师问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。
探明原因：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。
当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，电路导通。
所以，干簧管能起到开关的作用。
师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。
高中物理选修3-2人教版学案 6.1《传感器及工作原理》
传感器及其工作原理知识梳理1.传感器是将物理中的___________转化为便于测量的___________的一类元件，其工作过程是按一定规律使某一元件对某一物理量敏感，将这一物理量转化成为便于利用的信号，如光电传感器利用___________将光信号转化为电信号，电信号便于与其他仪器连接，进行监测或自动化控制.2.热敏电阻与光敏电阻都是使用了___________材料制成的.热敏电阻的阻值随温度的变化而迅速变化，温度升高，其阻值___________；光敏电阻的阻值随照射光强度的变化而迅速变化，光越强，其阻值___________.疑难突破怎样理解传感器将其他信号转化为电信号的原理？剖析：1.可制成热敏电阻，把温度的变化转化为电信号.有的半导体，在温度升高时电阻减小得非常迅速，它能将温度变化转化成电信号，测量这种电信号，就能知道温度的变化情况.如自动防火报警器中就有这种热敏电阻，当温度升高到一定值（快接近物质的着火点）时，这种热敏电阻的电阻值迅速减小，使电路接通，从而使警铃发出警报.又如电子测温仪中的热敏电阻，能迅速地把人的体温变化转化为电信号，在显示屏上显示出人的体温.2.可制成光敏电阻，把光的变化转化为电信号.有的半导体，在光照下电阻大大减小，它能将光的变化迅速转化为电信号，在自动控制设备中有广泛的应用，如光电计数器就是利用光敏电阻自动计数的.3.在纯净的半导体材料中掺入微量的杂质，可以制成晶体二极管和晶体三极管——统称晶体管.晶体管（二极管、三极管）、电阻、电容、电感线圈（以后将学习）这四类电学元件组成了复杂、神秘、缤纷多彩的电子世界，从收录机、电视机、计算机、雷达、制导导弹到人造卫星的控制和回收都离不开它们.问题探究问题：干簧管是怎样起开关作用的？探究：干簧管内部的两个簧片是软磁性材料做成的.当它附近有磁场存在时，两个簧片被磁化而吸引在一起，接通了电路；当磁场消失后，簧片又失去磁性而断开，所以干簧管是可以用磁场来控制的开关.典题精讲【例题】下列说法正确的是（）A.绝缘体是绝对不能导电的B.电阻率介于导体和绝缘体之间的物质都是半导体材料C.导体能导电是因为导体内有大量的自由电子，绝缘体的导电性能很差是因为绝缘体内的自由电子极少D.当温度升高时，半导体的电阻率明显减小思路解析：本题的关键是理解导体、绝缘体、半导体的概念.要形成电流，除有电势差外，还应有可自由移动的电荷，导体的导电性能好是因为导体中有大量的自由电子，绝缘体的导电性能很差，是因为绝缘体内的自由电子很少，C项正确.绝缘体内有很少的自由电子，若两端加上电压，这些自由电子将在电场力作用下发生定向移动，可形成极其微弱的电流，故A项错误.半导体材料不光要求电阻率介于导体和绝缘体之间，而且要求电阻率随温度的升高而减小，故B项错误，D项正确.知识导学传感器是能将所感受的非电学物理量（如力、热、光、声）等转化成电学量（电压、电流等）的一种元件，其工作原理是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号转换成便于处理的电信号.温度传感器是利用热敏电阻将温度信号转换成电信号，光电传感器是利用光敏电阻把光信号转换成电信号等等.疑难导析要理解此原理，首先还得从理解传感器的概念着手，传感器是能够感受诸如力、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一类元件.其次还要了解热敏元件、光敏元件等的工作原理，并知道其在实际生活中都有哪些应用.其实热敏元件及光敏元件是引用半导体导电性能受外界条件影响很大这一特点制成的.因此，（1）可以依据半导体材料的温度特性，制成体积很小的热敏电阻，它能够将温度变化转化为电信号，测量这种电信号，就可以知道温度变化的情况，这种测量方法反应快、精度高.（2）可以依据半导体材料的光照特性，做成体积很小的光敏电阻，它可以起到开关作用，在需要对光照有灵敏反应的自动控制设备中有广泛应用.问题导思干簧管的元件（如图所示）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.当磁体如图6-1-1所示靠近干簧管时，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”，干簧管是一种能够感知磁场的传感器.典题导考绿色通道：要学会用形成电流的条件来分析导体、绝缘体的导电性能，理解半导体的概念及半导体导电性能的特点，如半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的导电能力受外界电场和光照作用的影响变化很大.【典题变式】对热敏电阻，正确的叙述是（）A.受热后，电阻随温度的升高而迅速减小B.受热后，电阻基本不变C.热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高D.以上说法都不对答案：AC。
高中物理 第六章 传感器 6.1 传感器及其工作原理学案 新人教版选修3-2
亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……学 习 资 料 专 题1 传感器及其工作原理[学习目标] 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、传感器及工作原理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、光敏电阻的特点及工作原理1．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，于是导电能力明显增强．2．光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的．它的特点是光照越强，电阻越小．它能够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的特点1．热敏电阻：用半导体材料制成．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升高电阻增大．(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．2．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，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． 四、霍尔元件的特点1．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．2．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 的变化与B 成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)传感器可以把非电学量转化为电学量．( √)(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大．( ×)(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低．( ×)(4)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．( ×)2．如图1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，电流表的读数________(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度________(填“变亮”或“变暗”)．图1答案变小变亮一、传感器[导学探究] 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，接入图3电路，当条形磁铁靠近干簧管时：图2 图3(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？答案(1)灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通．(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器．[知识深化]1．传感器的原理非电学量→传感器(敏感元件、转换器件、转换电路)→电学量2．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；(3)是如何显示或控制开关的．例1如图4是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．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．在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数可以了解油量情况．若将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数如何变化？图4答案见解析解析把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R 增大，电压表的示数增大．把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．二、光敏电阻[导学探究] 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5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5答案当光被产品挡住时，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，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次．例2(多选)如图6所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )图6A．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答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故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，故小灯泡的功率增大，C项正确．三、热敏电阻和金属热电阻[导学探究] 如图7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(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．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7答案由于酒精蒸发，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T温度升高，电阻值减小，表针将向右偏．例3(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8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( )图8A．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消耗的功率增大答案AB解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝ER总知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U 2＝U －U 1，U 1＝IR 1，可知U 1变小，U 2变大，由场强E ′＝U 2d，Q ＝CU 2可知Q 、E ′都增大，故A 正确，C 错误．含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤1．明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小． 2．分析整个回路的电阻的增减、电流的增减． 3．分析部分电路的电压、电流如何变化． 四、霍尔元件[导学探究] 如图9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M 、N 间会出现电压，称为霍尔电压U H .图9(1)分析为什么会出现电压． (2)试推导U H 的表达式．答案 (1)薄片中的载流子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．(2)设薄片厚度为d ，EF 方向长度为l 1，MN 方向长度为l 2，受力分析如图当洛伦兹力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到稳定． 即q U Hl 2＝qvB再根据电流的微观表达式I ＝nqvS ，S ＝l 2d 整理得：U H ＝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 H ＝k IBd. [知识深化]霍尔电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面．例4如图10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、下表面的电势的关系(上板为M，下板为N)是( )图10A．φM>φNB．φM＝φNC．φM<φND．无法判断答案 A解析霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而定向移动形成的．金属导体的载流子是电子，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以φM>φN.故选A.1．(对传感器的理解)在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )A．光传感器B．温度传感器C．声传感器D．磁传感器答案 A2．(光敏电阻的特性)如图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，R和L之间用挡板(未画出)隔开，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消耗的功率都不变答案 A解析 滑动触头P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R 减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．3．(热敏电阻的特性)如图12所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时( )图12A ．R 1两端的电压增大B ．电流表的示数增大C ．小灯泡的亮度变强D ．小灯泡的亮度变弱 答案 C解析 R 2与灯泡L 并联后与R 1串联，然后与电流表、电源构成闭合电路，当热敏电阻R 2温度降低时，它的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，R 1两端电压减小，灯泡L 两端电压增大，灯泡亮度变强，故C 正确，A 、B 、D 均错误．4．(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图13所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a 、b 是铜板上、下边缘的两点，则( )图13A ．电势φa ＞φbB ．电势φb ＞φaC ．仅电流增大时，|φa －φb |增大D ．其他条件不变，将铜板改为NaCl 溶液时，电势结果仍然一样 答案 BC解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，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 ，B 正确，A 错误；因|φa －φb |＝k IBd，所以电流增大时，|φa －φb |增大，C 正确；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 错误．。
人教版高中物理选修【3-2】《传感器》学案(含答案)
2021-2022版高中物理人教版选修3-2学案：第六章 1 传感器及其工作原理
第六章传感器1 传感器及其工作原理目标导航思维脉图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。
(物理观2.知道将非电学量转化为电学量的意义。
(物理观念)3.通过实验了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用。
(科学必备知识·自主学习一、什么是传感器传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用?提示:传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等),尤其是将电学量与计算机技术结合,可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化,所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用。
1.定义: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。
2.工作原理:(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:是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转换成易于测量的电学量,如电压、电流、电阻等。
二、常用的敏感元件为解决楼道里的照明问题,在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路连接。
当楼道内有人走动而发出声响时,电灯即与电源接通而发光,这种传感器是什么传感器,它的输入、输出信号各是什么?提示:它是声电传感器,输入的是声信号,输出的是电信号。
1.光敏电阻:(1)特点:光照越强,电阻越小。
(2)原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料,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,导电性能变好。
(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:(1)热敏电阻:①定义:利用温度变化使半导体的导电性能发生显著变化的特性制成的电子元件。
②工作原理:半导体在温度升高时,电阻率随温度的升高而减小,导电能力增强。
高中物理《传感器及其工作原理》教案11 新人教版选修3-2
第一节：传感器及其工作原理教案【教学目标】1．知识与技能：（1）、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；（2）、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。
（3）、了解传感器的应用。
2．过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
3．情感、态度与价值观（1）、体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。
（2）、通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
【教学重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。
【教学难点】：分析并设计传感器的应用电路。
【教学方法】：实验、探究、讨论【教学用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。
【教学过程】一、引入新课准备知识：从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。
本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。
教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。
今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。
二、新课教学1．什么是传感器演示实验1：如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。
《传感器及其工作原理》教案(新人教版选修3-2)(3)
《传感器及其工作原理》教学设计【设计说明】从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。
新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。
本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。
教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。
【教学目标】1.知识与技能：（1）知道什么是传感器。
（2）了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。
2.过程方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。
3.情感态度与价值观：通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，用Excel描绘“电阻—温度”曲线，让学生养成实事求是的科学精神。
【设计思路】1．关于课题的引入，利用“人进出电梯门”和“人进出商场的自动门”这两个生活实例，让学生得出“自动控制”的感性认识，然后启发学生列举相类似的生活现象，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。
2．关于传感器概念的建立：教材中只用了一个干簧管实验就得出了传感器的概念，在教学中要增加几个实验，从多个实验事实中建立出传感器的概念，这样建立物理概念才比较科学，同时也能培养学生科学概括的能力。
3．关于各传感器特性及原理的教学：通过设计实验，从定性和半定量的角度让学生获得比较清晰的认识，特别是金属热电阻和热敏电阻的“电阻—温度”曲线，课本中没有安排实验，但在教学中我们是完全可以通过实验得到的，所以本设计中就设计了一个探究实验，这样，课本中的“电阻—温度”曲线的得出就有依有据，更重要的是培养了学生的科学探究能力。
4．关于本节内容要培养学生的能力主要有：理论联系实际的能力、观察分析能力、自主合作探究的学习能力。
由于本节内容与人们的生活息息相关，要引导学生查阅资料或上网收集关于传感器的知识。
选修3-2第六章第1节传感器及其工作原理学案
选修3-2第六章第1节传感器及其工作原理学案第一部分：概述1.1传感器的定义传感器是一种能够将周围环境中的各种物理量、化学量、生物量等转换成电信号输出的装置。
1.2传感器的分类传感器可以按照测量的物理量进行分类，常见的分类有温度传感器、压力传感器、湿度传感器、光传感器等。
1.3传感器的工作原理传感器的工作原理多种多样，常见的有电阻式、电容式、电感式、压阻式、电势式、霍尔式等。
下面分别介绍几种典型的传感器工作原理。
第二部分：传感器的工作原理2.1电阻式传感器电阻式传感器是通过测量电阻值的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的电阻式传感器有温度传感器、湿度传感器等。
2.2电容式传感器电容式传感器是通过测量电容值的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的电容式传感器有接近开关、位移传感器等。
2.3电感式传感器电感式传感器是通过测量电感值的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的电感式传感器有磁场传感器、电流传感器等。
2.4压阻式传感器压阻式传感器是通过测量电阻值的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的压阻式传感器有压力传感器、重量传感器等。
2.5电势式传感器电势式传感器是通过测量电势值的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的电势式传感器有气体浓度传感器、酸碱度传感器等。
2.6霍尔式传感器霍尔式传感器是通过测量磁场的变化来获得被测量物理量的一种传感器。
常见的霍尔式传感器有磁场传感器、速度传感器等。
第三部分：传感器的应用3.1温度传感器温度传感器广泛应用于工业控制、家用电器等领域，用于测量物体的温度。
3.2压力传感器压力传感器广泛应用于汽车、航空、机械等领域，用于测量物体的压力。
3.3湿度传感器湿度传感器广泛应用于气象、环境监测、医疗、农业等领域，用于测量空气中的湿度。
3.4光传感器光传感器广泛应用于光学仪器、自动控制、汽车、家电等领域，用于检测光的强度、方向、颜色等。
第四部分：总结传感器是现代科技中不可或缺的重要组成部分，它的广泛应用使得物体的测量和控制更加准确、方便。
新人教版高中物理选修3-2第六章《传感器及其工作原理》精品教案
重 点
理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。 分析并设计传感器的应用电路。
作精
新
教
新课 中 人 人 工作 课 传感器 新课教 传感器 工 中 器 器
思考：传感器的作用和目的是什么（4 分钟）
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教师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发 进而得出传感器的定义： 分钟） （3 光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。 师生总结：现代技术中，我们可以利用一些元件设计电 路，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， 1、概念：____________________________ 或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。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 2、原理图： 测量、传输、处理和控制了。 非电学量 敏感元件 转换器件 转换电路 电学量
2、认识一些制作传感器的元器件 （1）探究光敏电阻的特性 通过光敏电阻的实验了解光敏电阻的特性 分 （8 学生实验 1：学生五人一组，用万用电表的欧姆挡测量 钟） 一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。 光敏电阻 ①、将光敏电阻与万用表的欧姆档按右图所示连成电路 ②、将光敏电阻受光面置于有光线照射的地方，观察万 用表的读数，把光敏电阻的阻值填入现表中。 阅读课本关于光敏电阻和热敏电阻部分，完成 黑暗 光敏电阻光照 较 稍暗 较暗 下列问题（10 分钟） 情况 亮 3、三种常见的敏感元件 光敏电阻的阻 （1）光敏电阻 值（Ω） ①材料及构造 ③、用黑纸片将光敏电阻的透光窗口的遮住，移动黑纸 ②工作原理 片，使光敏电阻受到的光线出现较亮、稍暗、较暗、 ③功能：把__________（光学量）转换为 黑暗几种情况，观察几种情况下光敏电阻的阻值变 ______（电学量） 。 化，并把相应的阻值填入下表。 （2）热敏电阻和金属热电阻 ④、结论：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射 ①热敏电阻 下电阻值很小。 a）材料 师生总结：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为 b）特点 电阻这个电学量。 c） 功能： 把_______转换为_______ （电 简单介绍：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些 学量） 。 物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时， d）分类： 载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载 正温度系数 PTC 热敏电阻（特点） 流子增多，导电性变好。 负温度系数 NTC 热敏电阻（特点） （2）探究金属热电阻和热敏电阻的特性 ②金属热电阻 提问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？ a）材料 b）特点 c） 功能： 把_______转换为_______ （电 学量） 。 （3）霍尔元件 ①材料及构造 演示实验 4：如图 6 所示，AB 间接有一段钨丝（从旧日 ② 霍 尔 电 压 ： 光灯管中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给 _____________________ 钨丝加热时，灯泡亮度明显变暗。 师生总结： 用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。 ____。 推导： 如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。 3 页 第 2 页 共 学生实验 2：学生五人一组，探究热敏电阻的阻值大小 与温度的关系。 实验器材：NTC 热敏电阻，万用
人教课标版高中物理选修3-2：《传感器及其工作原理》教案1-新版
6.1 传感器及其工作原理教学设计一、教材分析：传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。
新课程标准顺应时代发展，对传感器教学提出明确要求。
《课程标准》强调传感器教学侧重从技术应用角度展开物理教学。
强调物理学科与技术的结合，着重体现物理学的应用性、实践性。
二、设计思路：本节课通过生活中自动门、自动干手机、探测器具体实例启发学生思考，自动化实现的依据是什么？引出本节课教学内容。
设计演示实验神秘盒子激发学生学习兴趣和探究欲望。
教学过程主要以实验探究为主，通过学生实验、观察、讨论、分析，让学生了解传感器如何将非电学量转化为电学量。
基于学生思维能力不成熟，教师引导学生根据光敏电阻和热敏电阻特性对生活实例进行分析。
教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生体会传感器对生活的重要意义，进而提高学习热情。
三、核心素养：通过《传感器及其工作原理》的探究实验过程，调动学生主观能动性，引导学生进行问题分析。
培养学生观察能力和实践能力。
培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
四、教学目标（1）初步认识传感器的用途（2）了解常见传感器元件（如：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件）的特性和工作原理。
（3）了解电容式传感器的工作原理，并能进行问题分析。
五、教学重点、难点：重点：常见传感器元件特性和原理难点：理解非电学量转换为电学量的技术意义。
六、教学准备：干簧管，磁铁，光敏电阻，多用电表，二极管小灯泡，多媒体课件等七、教学方法实验探究法，观察法，归纳法八、教学过程（一）引入新课：引导学生观看多媒体播放的自动门、自动干手机、探测器的图片。
体会自动化生活的便捷。
提出问题：自动化的实现主要依靠什么呢？回答：自动化的实现主要依靠传感器。
今天让我一起来学习传感器及其工作原理。
（二）新课教学【传感器】通过多媒体动画演示实验，盒子外面没有控制开关，当磁铁放在盒子上时指示灯变亮，磁铁远离盒子时指示灯熄灭。
提出问题：盒子里面有什么装置？回答问题之前让学生观察下面演示实验，用6 V直流电源将干簧管和二极管小灯炮串联，连接电路时提醒学生二极管单向导通特性，应将电源正极与二极管正接线柱相连。
最新人教版高中物理选修3-2第六章《传感器及其工作原理》教学设计
教学设计1传感器及其工作原理本节分析本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原理．这是本章的第一节内容，侧重点在于让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来获得新知识．传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件．传感器的设计和使用中涉及相当多的物理学知识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物理教学中的重要内容，也是新课改中心思想的重要体现．这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，并介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础．为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是非常必要的．学情分析学生在日常物理学习中往往关注理论知识，研究多种物理模型，这是高中物理学习中必要的．但是，学生的技术知识甚至技术常识却十分贫乏，只会做题，不会解决实际问题．所以，要注意为学生创造条件和环境，让学生主动参与，多观察、多动手、多思考，领会研究方法，树立自信，然后使学习演变成兴趣盎然、没有负担的物理研习．教学目标●知识与技能(1)结合实际生产及生活，展示各种事例及应用，使学生知道非电学量转换成电学量的技术意义．(2)通过实验，对传感器中常见的敏感元件加以了解，并从中知道它们的工作原理．(3)通过分析大量传感器在生产和生活中的应用，了解传感器是如何工作的，并会结合原有的电学知识设计一些简单的传感器电路．●过程与方法(1)用热敏电阻、光敏电阻等常用元器件做实验，了解传感器是怎样把非电学量转换成电学量的．(2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是怎样应用到技术中，实现信息采集或自动控制的．(3)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置．(4)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例．(5)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习与拓展相关的知识和技能．●情感、态度与价值观在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣．教学重难点1．干簧管、光敏元件、热敏元件等电学实验元件在电路中的作用．2．设计电路，理解传感器的工作原理及应用．教学准备小盒子、小灯泡、干簧管、条形磁铁、干电池、导线、音乐茶杯、光敏电阻、多用电表、金属热电阻、热敏电阻、多媒体课件等．教学过程设计盒子里有什么装置，才能出现这样的现象？答案预设：盒子里有弹性铁质开关.思路点拨：打开盒子，引导学生观察盒内实物的电路思考讨论：生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操控的？楼梯上的电灯如何做到人来就开，走就熄？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何换用一只普通的电阻，小心地把电阻表面的漆涂层除去一些，使里面的导电膜漏出来接受光照．述实验，结果相同吗？如图，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件．间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，板书设计1传感器及其工作原理1.传感器：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.传感器的优点：把非电学量转换为电学量，很方便地进行测量、传输、处理和控制3.一些制作传感器的元器件(1)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：能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量(3)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教学反思1．本节课依据学生的认知规律组织教学，通过趣味实验引入新课，设置悬念，提出问题，激发学生兴趣，增强学生的求知欲；在进行“什么是传感器”的教学中注重实验探究，引导学生从两个实验的探究中加以归纳，让学生了解把非电学量转化为电学量的技术意义；在对光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻、霍尔元件这些制作传感器的元器件教学中，注重将教师演示实验与学生动手实验相结合，注重理论与实践相结合．2．整个教学过程符合新课程的三维目标，体现新课程的理念，注重培养学生的自主、合作、探究能力，注意从生活走向物理，从物理走向生活，以此增进学生的学习能力和科学素养．备课资料●遥控开关随着人们生活水平的不断提高，家用电器也在走向智能化和遥控化．遥控技术越来越多地应用于家用电器．遥控开关不仅能用来控制电源开关，也能用来控制电视机选择频道、音量的大小、电风扇的风速、空调的温度等．家用电器的遥控开关，可以用声波、超声波、无线电波和红外线来控制．但应用得最多的是红外线遥控．红外线遥控开关由红外线发射器和接收器两部分组成．发射器就是我们拿在手里的遥控器，遥控器主要包括调制器和红外线发射管，可以对10 m范围内的家用电器进行遥控．红外线发射管能发射出一定波长的红外线，调制器能把控制开关的低频控制信号“加载”在红外线上．所以，从红外线发射器发射出来的红外线携带了控制信号．红外线遥控开关的接收器是安装在被控制的家用电器的正面面板上，它由接收管、抗干扰电路、解调器和开关控制器组成．接收管是一种硅光三极管，通过光电效应将照射在它上面的红外线转变为电信号．抗干扰电路能鉴别和排除周围环境中的红外线、干扰信号．解调器能将“加载”在红外线上的低频控制信号“卸”下来，并送入开关控制器，使电源开关接通或断开．。
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，才能出现这样的现象？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．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，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．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)是如何显示或控制开关的．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，就可以准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；随着光照的增强，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(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．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 温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．[要点提炼]1．热敏电阻：用电阻随温度变化非常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升高电阻增大．(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小．2．金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，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 间出现了电压，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，使半导体内部出现电场，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 U l 2＝q v B 再根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 IB d. [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 间出现电压．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 IB d(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．一、对传感器的认识 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 之间当油箱中油量减少时，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，当油箱中油量减少时，电压表的示数将________(选填“增大”或“减小”)．解析 (1)当油量减少时，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，油量减少时，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、热敏电阻的认识及应用例2如图7所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图7A．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解析当光强度增大时，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，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大知，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，故小灯泡的功率增大，C项正确．答案ABC三、对霍尔元件的认识及应用例3如图8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，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证U H随B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)()图8A．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 将发生变化解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B 增大，I 恒定，由公式U H ＝kIB d 知U H 将变大，选项A 正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B 与工作面垂直，选项B 正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时，B 才与工作面垂直，选项C 错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B 在垂直工作面方向上的大小发生变化，U H 将发生变化，选项D 正确． 答案ABD传感器及其工作原理⎩⎪⎨⎪⎧ 传感器：能够感受非电学量，并按照一定的规律转换 为电学量或转换为电路的通断的一类元件常用元器件⎩⎪⎨⎪⎧ 光敏电阻：随光照增强，阻值减小热敏电阻：随温度升高，阻值减小金属热电阻：随温度升高，阻值增大霍尔元件：把磁感应强度转换为电压1．(对传感器的认识)关于传感器，下列说法正确的是 ( )A ．所有传感器都是由半导体材料制成的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 ．水银温度计是一种传感器答案 B解析 大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A 错，B 对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C 错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D 错．2.(对光敏电阻、热敏电阻的认识及电路分析)如图9所示电路中，电源电动势为E ，内阻为r ，R T 为负温度系数热敏电阻，R G 为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L 正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )图9A．温度不变，光照增强B．温度升高，光照不变C．温度降低，光照增强D．温度升高，光照减弱答案AC3．(对霍尔元件的认识及应用)如图10所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体的上、下表面的电势关系为()图10A．U M>U N B．U M＝U NC．U M<U N D．无法判断答案 A解析霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用定向移动形成的，根据左手定则，金属导体中自由电子受到向下的洛伦兹力作用，向导体的下表面N运动，则导体的上表面M剩下正电荷，所以U M>U N.故选A.题组一对传感器的认识1．传感器担负着信息采集的任务，它可以()A．将力学量(如形变量)转变成电学量B．将热学量转变成电学量C．将光学量转变成电学量D．将电学量转变成力学量答案ABC解析传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件．故选项A、B、C对，选项D错．2．关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案CD解析干簧管能感知磁场，是因为当两个簧片所处位置的磁场方向相同时，两个簧片被磁化而接通，所以是做开关来使用的，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开．3.如图1所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()图1A．距离变化B．正对面积变化C．电介质变化D．电压变化答案 A解析振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．题组二对光敏电阻的认识及电路分析4.如图2所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻(光照增强时电阻变小)，下列说法中正确的是()图2A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大答案AD解析光敏电阻的阻值与光照强度有关，光照强度越大，光敏电阻阻值越小．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值变小，电路中电流变大，电源内阻上的电压变大，路端电压变小，所以电压表读数变小，选项A正确；相反，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流变小，电源内阻上的电压变小，路端电压变大，所以电压表读数变大，选项D正确．5．如图3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3A．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答案AD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．6.如图4所示，R3是光敏电阻(光照时电阻变小)，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，则()图4A．a点电势高于b点电势B．a点电势低于b点电势C．a点电势等于b点电势D．a点电势和b点电势的大小无法比较答案 A解析R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势．7.如图5所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断()图5A．θ′＝θB．θ′<θC．θ′>θD．不能确定答案 B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，指针自左向右偏转角度变小．题组三对热敏电阻、金属热电阻的认识及电路分析8.如图6所示是观察电阻R的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()图6A．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)，读数变化不明显答案 C解析如果R为金属热电阻，则读数变大，但不会非常明显，故A、B均错；如果R为热敏电阻，读数变化非常明显，故C对，D错．9.如图7所示，R T为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往R T上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是()图7A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变答案 D解析往R T上擦酒精后，酒精挥发吸热，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精挥发完毕后，R T的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变，故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．10．如图8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()图8A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱答案 C解析R2与灯泡L并联后再与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端的电压增大，灯泡的亮度变强，R1两端的电压减小，故只有C正确．题组四对霍尔元件(效应)的认识及应用11.一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等．在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab＝1.0×10－2 m、长bc＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3 m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B＝1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图9所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．图9(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？答案(1)a(2)－4 m/s解析(1)根据左手定则可确定a端电势高(2)当导体内载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定．设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为U ab，横向电场强度为E，电场力为F E＝E·e＝U abab·e，磁场力F B＝e v B，平衡时U abab·e＝e v B，得v＝U abab B≈－4 m/s.。
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第六章 传感器 第一节 传感器及其工作原理【知能准备】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。
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___________。
它能把___________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 【同步导学】一、疑难分析1．光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照射时，载流子极少，导电性能能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，即光敏电阻值随光照增强而减小。
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。
2．热敏电阻：用半导体材料制成，其电阻随温度变化明显，温度升高电阻减小，如图－1为某一热敏电阻－温度特性曲线。
热敏电阻的灵敏度较好。
3．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。
金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大。
4．霍尔元件：如图－2所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极C 、D 、E 、F ，就制成为一个霍尔元件。
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。
霍尔电压：d IBk U H = 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。
一个霍尔元件的厚度d 、比例系数k 为定值，再保持I 恒定，则电压UH 的变化就与B 成正比，因此，霍尔元件又称磁敏元件。
二、方法点拨霍尔效应的原理：外部磁场使运动的载流子受到洛仑兹力，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仑兹力相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压.设图中CD 方向长度为L2，则：qvB L U qH =2 图－2图－1根据电流的微观解释 I ＝nqsv ，整理后，得：nqd IB U H = 令 nq k 1= ，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：d IBk U H =三、典型例题：例1．如图－3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。
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，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt 温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。
左，右。
例2．传感器是一种采集信息的重要器件。
如图－4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 不发生变化解析：当F 向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F 发生了变化。
答案：BC例3．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）解析：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判断电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带多余的正电荷，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 b U=qvB又因为导体中的电流I ＝neSv ＝nev·bd 故U ＝ned BI答案：下表面电势高 电势差为ned BI例4．如图－6所示是彩色电视接收机的消磁电路示意图，R 是金属热敏电阻（温度升高，电图－3LR 图－6 图－4 图－5阻增大；温度降低后电阻减小），L 是消磁线圈，试说明此电路的工作过程。
解析：打开彩色电视接收机的时候，消磁电路同时接通，热敏电阻温度低，处于冷状态，其电阻值很小，又由于消磁线圈电阻值也很小，所以有很大的电流通过消磁线圈，这个大电流产生很强的磁场作用于显像管上，达到给显像管消磁的目的。
对显像管的消磁过程时间很短，因此完成消磁后必须切断消磁线圈的电流，电压不能加在消磁线圈上，这一过程产生的电功率很大，使热敏电阻的温度升高，导致热敏电阻的阻值很大，在热敏电阻上产生的电功率减小，使热敏电阻（后来随着热敏电阻的温度降低，其电阻值减小，但是这时消磁线圈的电压不再加上，是由热敏电阻内部的装置控制的）的阻值减小。
同步检测：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。
2．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。
当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为___________传感器，它输入的是___________信号，经传感器转换后，输出的是____________信号。
3．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容品的两极，把这两极接入外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h 变化为（ ）A ．h 增大B ．h 减小C ．h 不变D ．无法确定4．如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时（ ）A ．R1两端的电压增大B ．电流表的示数增大C ．小灯泡的亮度变强D ．小灯泡的亮度变弱5．如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角度 发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。
综合评价：1．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 第3题 第5题 第4题 R1 R22．霍尔元件能转换哪两个量（ ）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３．如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）A ．电介质进入极板的长度B ．两极板间距C ．两极板正对面积D ．极板所带电量 ４．如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，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5．如图所示，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，则（ ）A ．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的电阻变小，a 点电势等于b 点电势D ．Ｒ３的电阻变大，a 点电势低于b 点电势6．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）A ．金属导体B ．绝缘体C ．半导体D ．超导体7．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。
现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8．如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，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，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9．如图所示宽度为d ，厚度为h 的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中，当有电流I 通过金属板时，在金属板上侧面A 和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n ，则产生的电势差U＝___________ 第3题 第7题 第8题 第9题 第4题 R2 R1 R3 第5题 R3 R4 R1R2参考答案：知能准备1．非电学量，电学，电压、电流，光学传感器、热学传感器、色标传感器，加速度传感器，2．（1）光照强弱，（2）增大，温度传感器，温度，电阻，（3）位移，电容，（4）磁感强度。
同步检测：1．光电热电 2．声控声音电 3．A 4．C5．角度增大，正对面积减小，电容器电容变小综合评价：1、ABD2、B3、A4、ABC5、A ６、C 7、C 8、ABDBI9、ned。