2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-2学案:第5章第2、3讲常见传感器的工作原理大显身手的传感器.doc
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1、第2讲常见传感器的工作原理第3讲大显身手的传感器 目标定位1.认识光敏电阻和热敏电阻这两种敏感元件,知道其特性.2.理解光电传感器和温度传感器的工作原理.3.了解传感器的设计思路,了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利一、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这个电学量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二、探究温
2、度传感器的原理1温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装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3热敏电阻器的两种型号及其特性热敏电阻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大的是正温度系数(PTC)热敏电阻;电阻值随温度的升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻三、传感器在生产、生活中的应用举例1洗衣机水位控制装置压力传感器如图1所示,筒中水位到达设定的高度时,凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离,并与静触点c接触,从而接通控制电路,关闭进水电磁阀门,接通洗涤电动机电源,开始洗涤衣物图
3、12自动门的开关红外线传感器接收人体发出的红外线,产生电压输出信号3指纹识别器电容式传感器获取指纹信息,转换成电信号4机器人中的传感器分类一、光电传感器原理1光敏电阻的特点:阻值随光照强度的增大而减小2光敏电阻的机理: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,电阻变小例1在如图2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之间的距离不变,下列说法正确的是()图2A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,
4、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解析发光二极管为光敏电阻R提供光源,当光照强度增大时光敏电阻R电阻变小,电源两端的电压恒定,电流增加,L消耗的功率增大二、探究温度传感的原理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)分类:由半导体材料制成,其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系数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大负温度系数的热敏材料(NTC),它的电阻随温度的上
5、升而减小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)内急剧减小2金属热电阻特点:电阻率随温度的升高而增大例2如图3所示是观察电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3A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NTC热敏电阻(用半导体材料制作),读数变小,读数变化非常明显D如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作),读数变小,读数变化不明显答案C解析若为金属热电阻,温度升高后,电阻变大,读数变化不明显,A、B错若为热敏电阻,读数将明显变化,C对,D错例3关于光敏
6、电阻和热敏电阻,下列说法中正确的是()A光敏电阻是用半导体材料制成的,其阻值随光照增强而减小,随光照的减弱而增大B光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器C热敏电阻是用金属铂制成的,它对温度感知很灵敏D热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器答案A解析光敏电阻是把光照强度转换为电阻的元件;热敏电阻是把温度转换为电阻的元件,故B、D错误;热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的,半导体具有光敏性和热敏性,金属铂与热敏电阻相反,故C错误三、自动控制电路的分析与设计例4如图4所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路,其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而
7、减小电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路,电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接则()图4A当温度降低到某一数值,衔铁P将会被吸下B当温度升高到某一数值,衔铁P将会被吸下C工作时,应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、C端答案B解析当温度降低到某一数值,热敏电阻R的阻值增大,电路中电流减小,继电器L对衔铁P吸引力减小,P将不会被吸下,故A错误当温度升高到某一数值,热敏电阻R的阻值减小,电路中电流增大,继电器L对衔铁P吸引力增大,P将会被吸下故B正确恒温箱内温度高到一定数值后,应与电源断开停止加热,由以上分析可知,温度升高后,A、B端断开,所以工作时,应该
8、把恒温箱内的加热器接在A、B端故C、D错误故选B.光传感器的应用1如图5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5A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该仪器的使用不会因为白天和晚上受到影响答案A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错温度传感器的应用2如图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
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