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    第三章传感器3.1_3.2传感器温度传感器和光传感器学案教科版选修3_2.doc

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    第三章传感器3.1_3.2传感器温度传感器和光传感器学案教科版选修3_2.doc

    1、11 传感器 2 温度传感器和光传感器学习目标 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.了解热敏电阻、敏感元件的特性.3.了解几种温度传感器及光传感器的原理.一、传感器1.定义:把被测的非电信息,按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置.2.组成:一般由敏感元件和处理电路组成.(1)敏感元件:将要测量的非电信息变换成易于测量的物理量,形成电信号.(2)处理电路:将敏感元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量.3.敏感元件的原理(1)物理类:基于力、热、光、电磁和声等物理效应;(2)化学类:基于化学反应的原理;(3)生物类:基于酶、抗体和激素等分子识别功

    2、能.二、温度传感器1.分类(1)热双金属片温度传感器.(2)热电阻传感器.(3)热敏电阻传感器.NTC 型:电阻值随温度升高而减小.PTC 型:电阻值随温度升高而增大.2.作用将温度变 化 转 换 为 电 学 量 变 化 , 通 过 测 量 传 感 器 元 件 的 电 学 量 随 温 度 的 变 化 来 实 现 温 度 的 测 量 .三、光传感器1.原理:某些金属或半导体材料,在电路中受到光照时,产生电流或电压,实现光信号向电信号的转化.2.作用:感知光线的变化或场景的变换,使“机器”作出反应.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)热敏电阻的阻值随

    3、温度的升高而增大.( )2(3)干簧管可以感知磁场,接入电路,相当于开关的作用.( )(4)光敏电阻的阻值随光线的强弱而变化,光照越强电阻越小.( )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 当你走进一座大楼时,大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的?答案 人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机,实现自动开关门.知识深化1.传感器的原理: 非 电 学 量 电 学 量2.在分析传感器时要明确:(1)核心元

    4、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.3例 1 如图 2 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 2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

    5、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、温度传感器导学探究 如图 3 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 RT(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 RT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 3答案 由于酒精蒸发,热敏电阻 RT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 RT温度升高,电阻值减小,表针将向右偏.知识深化1.温度传感器的作用:将温度的变化转换为电学量的变化.2.常见的温度传感器(1)热双金属片温度传感器原理:两种

    6、膨胀系数相差较大的不同金属片制成一体,温度升高时,双金属片变形,可控制电路的通断.应用:日光灯启动器,电机、电冰箱保护等.4(2)热电阻传感器原理:用金属丝制作的感温电阻叫热电阻,当外界温度 t 发生变化时,其电阻值按R R0(1 t )的规律变化( 为温度系数, R0为 t0 时导体的电阻).应用:测温度、测流量等.(3)热敏电阻传感器原理:半导体热敏电阻的阻值随温度的变化而变化.应用:测温、温度控制或过热保护等.分类:正温度系数的热敏电阻(PTC),它的电阻随温度升高而增大.负温度系数的热敏电阻(NTC),它的电阻随温度的升高而减小.例 2 (多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变

    7、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( )图 4A.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 知 I 变小,又ER总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 U2 U U1, U1 IR1,可知 U1变小, U2变大,由场强E , Q CU2可知, Q、 E都增大,

    8、故 A 正确,C 错误.U2d三、光传感器导学探究 如图 5 所示为光电式烟尘浓度计的原理图,请阅读教材,然后简述其工作原理.图 55答案 光源 1 发出的光线经半透半反镜 3,分成两束强度相等的光线.一路光线直接到达光电转换电路 7 上,产生作为被测烟尘浓度的参比信号.另一路光线经反射镜 4 穿过被测烟尘5 到达光电转换电路 6 上,其中一部分光线被烟尘吸收或散射而衰减,烟尘浓度越高,光线的衰减量越大,到达光电转换电路 6 的光就越弱.两路光线分别转换成电压信号 U1、 U2,如果 U1 U2,说明被测的光路上没有烟尘;相反,如果 U1、 U2相差较大,说明烟尘较大,因此可用两者之比,算出被

    9、测烟尘的浓度.例 3 (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.含

    10、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.1.(对传感器的理解)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6C.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

    11、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.(光敏电阻的特性)如图 7 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 中间用挡板(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 7A.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 8 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 8A.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.


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