高三物理《传感器及其工作原理》学案11（新人教版选修3-2）.docVIP

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 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： 根据电流的微观解释 I＝nqsv ， 整理后，得： 令 ，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： 三、典型例题： 例1．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=vB 又因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd 故U＝ 答案：下表面电势高 电势差为同步检测： 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（