6．1 传感器及其工作原理
教学目标
（一）知识与技能
1．知道什么是传感器。
2．了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
3．会使用霍尔电压公式。
（二）过程与方法
通过实验，知道常见传感器的工作原理。
（三）情感、态度与价值观
通过已有知识在传感器中的应用激发科学探究的兴趣。
教学重点、难点
重点
认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
难点
光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教学方法
实验法、观察法、归纳法。
教学手段
磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、多用电表、热水、冷水、台灯、投影仪等
教学过程
（一）引入新课
引导学生看教材55页“勇气号”火星探测器的彩色照片；列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。
列举自己知道的自动控制的其他实例。如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。
（二）进行新课
1、什么是传感器
演示实验：
揭示实验“奥秘”：盒子里用到了一种称为“干簧管”的元件。
介绍干簧管的构造和工作原理，干簧管是一种能够感知磁场的传感器。
引导学生阅读教材2、3段，思考问题：
（1）什么是传感器？
（2）传感器的作用是什么？
（1）传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
（2）传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。
出示几种常见的传感器，增加学生的感性认识。
为了制作传感器，常常需要一些元器件，下面看几个实例：
2．光敏电阻
介绍光敏电阻的外形和构造。如图6.1-4。
现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻则不会发生变化。
引导学生阅读教材57页的内容，思考问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？
（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？
（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？
（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。
（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻
引导学生阅读教材58页有关内容，思考问题：
（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？
（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？
（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？
（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。金属导体的导电性能随温度升高而降低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。
（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度交差。
（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量。
现象：热敏电阻随着温度的升高电阻发生明显变化。温度越高，电阻值越小。
引导学生看教材59页“说一说”栏目中的内容。
给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两板间电势差的变化，即可判断电容的变化。
电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。
4．霍尔元件
引导学生阅读教材关于霍尔元件的内容。推导霍尔电压的公式。
设载流子的电荷量为q，沿电流方向定向运动的平均速率为v，单位体积内自由移动的载流子数为n，垂直电流方向导体板的横向宽度为a，则电流的微观表达式为
① 载流子在磁场中受到的洛伦兹力
载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为 当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 ②
由①②式得 ③
式中的nq与导体的材料有关，对于确定的导体，nq是常数。令，则上式可写为 ④
一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH的变化就与B成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
1．制作传感器需要的敏感元件光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。
2．光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。
3．热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。
4．霍尔元件的霍尔电压公式为，霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
5．电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。
（四）实例探究
光敏电阻及其应用
【例1】如图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（ ）
A．当有光照射 R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
热敏电阻及其应用
【例2】有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（ ）
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
霍尔元件及其应用
【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）
课件15张PPT。题引：你接触过这样的生活现象吗？为什么？生活现象一生活现象二传感器及其应用什么是传感器讨论与交流人体对外界的感觉可分为哪几种？分别由什么
器官承担？视觉眼睛听觉耳朵味觉舌头嗅觉鼻子触觉皮肤1、传感器的定义
能像人的感觉器官那样感受外界信息，并能
按照一定的规律和要求把这些信息转换成可
用输出信息的器件或装置。2、传感器的分类物理传感器、化学传感器、生物传感器一般来说，用于完成视觉、听觉、触觉功能的传感器
其接受的是光、声波、压力等的物理信息称物理传感器代替嗅觉、味觉功能的传感器，则称化学传感器或生物
传感器（按感受信息的学科特点不同）3、传感器的工作原理传感器：非电学量→传感器→电学量 传感器工作原理图(1)、温度传感器部件（将温度高低转变成电信号）观察与思考4、常用的传感器部件温度升高电阻增大
电阻大电阻小热敏电阻一般随温度升高电阻减小（半导体材料）金属热电阻半导体的导电机理右图是一个温度传感器的原理示意图,
Rt是一个热敏电阻器。试说明传感器是
如何把温度值转变为电信号的。RtR温度升高或降低导致Rt阻值发生
变化，使电路中电流也发生变化，导致R上
的电压也发生改变，因此电压表读数将会发生变化，
从而就将温度的化转变为电信号。思考方向：1、两电阻采取什么
连接方式？
2、转变的电信号应该是哪个
电学量？
3、电压表测的是哪个电阻的电压？（2）光敏传感器部件（2）光敏传感器手遮盖受光
表面 实验电阻小电阻大光敏电阻电阻随光照的增强而减小（半导体材料）（3）气敏传感器部件思考讨论:气敏传感
器还可以应用于哪些
场合?1、家里
2、公司
3、商场
4、企业
等，需要检测是否
存在有毒气体泄露
影响人身安全的场合。
(4)干簧管是一种能感知磁场的传感器(5)电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量(6)霍尔元件 一个霍尔元件的d和k为定值,再保持I恒定,则UK的变化就与B成正比把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量填空：力敏传感器接受 信息，并转化为电信号 . 接受 信息，并转化为电信号位移传感器光敏传感器接受 信息，并转化为 。接受 信息，并转化为 。声敏传感器力位置电信号光电信号声
