高中物理人教版选修3-2 6.1 传感器及其工作原理导学案含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-2 6.1 传感器及其工作原理导学案含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-17 16:57:16 | ||
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文档简介
传感器及其工作原理
问题导学
一、传感器的工作原理
活动与探究1
1．试分析传感器在控制电路中的作用。
2．在日常生活中，哪些用具可通过手动或其他方法实现？
迁移与应用1
下列说法正确的是（ ）
A．传感器担负着信息采集的任务
B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
名师点津
对传感器的理解
1．传感器能够感受到的外界信息分为：力、磁、温度、光、声、化学成分等非电学量。
2．认识一些制作传感器的元器件
（1）光敏电阻：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
作用：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：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。
作用：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。
（3）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。
二、敏感元件的分类及异同点
活动与探究2
1．半导体电阻与金属电阻的电阻率有何区别？热敏电阻的伏安特性曲线与金属电阻的伏安特性曲线有何区别？
2．光敏电阻受到光的照射时电阻如何变化？试分析电阻变化的原因。
迁移与应用2
如图为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是（ ）
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
名师点津
光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比
元件 产生变化的原因
光敏 电阻 半导体材料受到的光照增强时，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，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
热敏 电阻 对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
霍尔 元件 霍尔元件两极间通入恒定的电流，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，在另两极上形成电压
答案：
课前·预习导学
【预习导引】
1．（1）非电学 电学量 通断 （2）敏感元件
2．软磁性材料 开关 感知磁场
3．（1）越小 （2）不好 增多 变好 （3）光照强弱 电阻
4．减小 增大 金属 温度 电阻
预习交流：答案：利用热敏电阻的有：冰箱启动器、电饭锅等；利用光敏电阻的有：照相机、光控开关、报警器、验钞机等。
5．（2）k （3）磁感应强度 电压
课堂·合作探究
【问题导学】
活动与探究1：1．答案：传感器的作用就是将不便于测量和控制的非电学量转化为便于测量和控制的电学量。
2．答案：话筒可以将声音转化成为变化的电流；在超市买东西后，将东西放在电子秤上，可将压力转化为电压；电熨斗加热到一定温度后，自动停止工作，可将温度转化为电路的通断。
迁移与应用1：ABD 解析：传感器的任务就是采集信息，A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，B正确；由传感器的定义知，D正确。
活动与探究2：1．答案：半导体材料的导电机理与金属不同，其电阻率受多种因素的影响，如光照、压力、温度等，且电阻率对这些环境因素特别敏感。金属电阻的电阻率对这些因素不敏感。热敏电阻对温度敏感，随温度升高其电阻率明显变化，所以热敏电阻的伏安特性曲线是一条弯曲程度较大的曲线，而金属电阻的伏安特性曲线接近直线。
2．答案：光敏电阻在光的照射下，其电阻变小，原因是在光的照射下，电子获得足够的能量变为自由电子，同时也形成更多的空穴，使光敏电阻的导电性能明显增强，电阻减小。
迁移与应用2：BD 解析：热敏电阻是由半导体材料制成的，其稳定性差，测温范围小，但灵敏度高，其电阻随着温度的升高而减小。金属电阻阻值随温度的升高而增大，图线1是金属电阻，图线2是热敏电阻。
当堂检测
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（ ）
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
答案：B 解析：能感知声音和光照情况，说明电路中接入了光传感器和声音传感器，故B正确。
2．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为（ ）
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
答案：D 解析：根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作。人体是导体，可以与其他导体构成电容器。手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确。
3．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，是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时，就会相互吸引，所以是做开关来使用，当磁场靠近的时候，就会实现闭合。
4．下列有关各类电阻应用的说法中，错误的是（ ）
A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
答案：D 解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确。交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误。
5．如图是一火警报警系统的一部分电路示意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
答案：B 解析：出现火情时温度升高，R2减小，R总减小，I总增大，U内增大，Uab减小，UR1增大，U并减小，IA减小。
问题导学
一、传感器的工作原理
活动与探究1
1．试分析传感器在控制电路中的作用。
2．在日常生活中，哪些用具可通过手动或其他方法实现？
迁移与应用1
下列说法正确的是（ ）
A．传感器担负着信息采集的任务
B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
名师点津
对传感器的理解
1．传感器能够感受到的外界信息分为：力、磁、温度、光、声、化学成分等非电学量。
2．认识一些制作传感器的元器件
（1）光敏电阻：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。
作用：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：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。
作用：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。
（3）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。
二、敏感元件的分类及异同点
活动与探究2
1．半导体电阻与金属电阻的电阻率有何区别？热敏电阻的伏安特性曲线与金属电阻的伏安特性曲线有何区别？
2．光敏电阻受到光的照射时电阻如何变化？试分析电阻变化的原因。
迁移与应用2
如图为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是（ ）
A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
名师点津
光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件特性成因对比
元件 产生变化的原因
光敏 电阻 半导体材料受到的光照增强时，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，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
热敏 电阻 对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，电阻减小
霍尔 元件 霍尔元件两极间通入恒定的电流，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，在另两极上形成电压
答案：
课前·预习导学
【预习导引】
1．（1）非电学 电学量 通断 （2）敏感元件
2．软磁性材料 开关 感知磁场
3．（1）越小 （2）不好 增多 变好 （3）光照强弱 电阻
4．减小 增大 金属 温度 电阻
预习交流：答案：利用热敏电阻的有：冰箱启动器、电饭锅等；利用光敏电阻的有：照相机、光控开关、报警器、验钞机等。
5．（2）k （3）磁感应强度 电压
课堂·合作探究
【问题导学】
活动与探究1：1．答案：传感器的作用就是将不便于测量和控制的非电学量转化为便于测量和控制的电学量。
2．答案：话筒可以将声音转化成为变化的电流；在超市买东西后，将东西放在电子秤上，可将压力转化为电压；电熨斗加热到一定温度后，自动停止工作，可将温度转化为电路的通断。
迁移与应用1：ABD 解析：传感器的任务就是采集信息，A正确；干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的，它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触，B正确；由传感器的定义知，D正确。
活动与探究2：1．答案：半导体材料的导电机理与金属不同，其电阻率受多种因素的影响，如光照、压力、温度等，且电阻率对这些环境因素特别敏感。金属电阻的电阻率对这些因素不敏感。热敏电阻对温度敏感，随温度升高其电阻率明显变化，所以热敏电阻的伏安特性曲线是一条弯曲程度较大的曲线，而金属电阻的伏安特性曲线接近直线。
2．答案：光敏电阻在光的照射下，其电阻变小，原因是在光的照射下，电子获得足够的能量变为自由电子，同时也形成更多的空穴，使光敏电阻的导电性能明显增强，电阻减小。
迁移与应用2：BD 解析：热敏电阻是由半导体材料制成的，其稳定性差，测温范围小，但灵敏度高，其电阻随着温度的升高而减小。金属电阻阻值随温度的升高而增大，图线1是金属电阻，图线2是热敏电阻。
当堂检测
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（ ）
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
答案：B 解析：能感知声音和光照情况，说明电路中接入了光传感器和声音传感器，故B正确。
2．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为（ ）
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
答案：D 解析：根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作。人体是导体，可以与其他导体构成电容器。手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确。
3．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，是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时，就会相互吸引，所以是做开关来使用，当磁场靠近的时候，就会实现闭合。
4．下列有关各类电阻应用的说法中，错误的是（ ）
A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
答案：D 解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说法均正确。交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误。
5．如图是一火警报警系统的一部分电路示意图。其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
答案：B 解析：出现火情时温度升高，R2减小，R总减小，I总增大，U内增大，Uab减小，UR1增大，U并减小，IA减小。