山东临清实验高中物理（选修3-2）：第六章第1节传感器及其工作原理学案
文档属性
| 名称 | 山东临清实验高中物理（选修3-2）：第六章第1节传感器及其工作原理学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 86.8KB | ||
| 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 | 2012-02-04 22:13:39 | ||
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文档简介
学校：临清实验高中 学科：物理 编写人：刘云涛 审稿人：孔庆生
选修3-2第六章第1节：传感器及其工作原理学案
课前预习学案
预习内容
【预习目标】：了解什么是传感器，传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。
三种常见的敏感元件
（1）光敏电阻
①材料及构造
②工作原理
③功能：把__________（光学量）转换为______（电学量）。
（2）热敏电阻和金属热电阻
①热敏电阻
a）材料
b）特点
c）功能：把_______转换为_______（电学量）。
d）分类：
正温度系数PTC热敏电阻（特点）
负温度系数NTC热敏电阻（特点）
②金属热电阻
a）材料
b）特点
c）功能：把_______转换为_______（电学量）。
（3）霍尔元件
①材料及构造
②霍尔电压：_________________________。
推导：
③功能：把_________（磁学量）转换为_______（电学量）。传感器功能：能将力、温度、光、声、物质成分等_________转化为______的
课内探究学案
【学习目标】
（1）、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；
（2）、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。
（3）、了解传感器的应用。
（4）、通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
【学习重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。
【学习难点】：分析并设计传感器的应用电路。
【学习用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。
【学习过程】
（一）传感器
【身边现象观察】感受传感技术在信息时代的作用和意义
1、自动门，利用人体的红外微波来开关门
2、日光控制路灯的开关
3、遥控器控制电视开关
4、声音强弱控制走廊照明灯开关等
5、烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的
6、手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象
7、电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的
8、水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……
9、机器人：传感器在机器人中，是必不可少的元件。传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。有的传感器就像人的眼睛，可以感受到光的强弱，有的传感器则像人的皮肤，可以感受到温度的变化，有的传感器还能听到声音。传感器就是机器人的感觉器官，它能将外界信息转换成电信号，并传送给单片机进行加工处理。安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。
【导读】仔细研读教材P51—52，体会什么是传感器以及传感器的作用
传感器的定义：
角度
位移 电流
速度 传感器
压力 电压
湿度
声强
光照
干簧管和音乐茶杯能够感受非电学量并将它按照一定规律转化成电学量的一类元件或组件
传感器的工作原理：
【导读】研读课文P52，体会光敏电阻和热敏电阻的作用，能区分热敏电阻和金属热电阻
【导思】根据演示实验并结合教材P57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？
（4）如右图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？
【导思】根据演示实验并结合教材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？
（4）随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化
元件。 （二）当堂检测
例1：如图，R2为热敏电阻，a、b间接报警器。当温度升高时，a、b间电压将？
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，用墨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、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
例3、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NTC热敏电阻Rt的两端相连，这时指针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，指针将向_____（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向Rt，则指针将向_____（填“左”或“右”）移动。
（迁移）若Rt为PTC热敏电阻，情况如何？
例4、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（即单位时间内通过管内横截面积的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道相连（图中的虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为 （ ）
A、 B、 C、 D、
例5、如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器，它是将________转化为________来进行测量的.
（三）课后练习与提高
1．关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）
A．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
B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好
C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好
2．霍尔元件能转换哪两个量（ ）
A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C．把力转换为电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
３．如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）
A．电介质进入极板的长度
B．两极板间距
C．两极板正对面积
D．极板所带电量
４．如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）
A．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
5．如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（ ）
A．Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势
D．Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势
6．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）
A．金属导体 B．绝缘体
C．半导体 D．超导体
7．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现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（ ）
A．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
8．如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
9．如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝___________
答案：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD
9、
.资料，欢迎使用。 ( http: / / www. / )
Ω
R1
R2
R3
b
a
第3题
第4题
R2
R1
R3
第5题
R3
R4
R1
R2
第7题
第8题
第9题
选修3-2第六章第1节：传感器及其工作原理学案
课前预习学案
预习内容
【预习目标】：了解什么是传感器，传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。
三种常见的敏感元件
（1）光敏电阻
①材料及构造
②工作原理
③功能：把__________（光学量）转换为______（电学量）。
（2）热敏电阻和金属热电阻
①热敏电阻
a）材料
b）特点
c）功能：把_______转换为_______（电学量）。
d）分类：
正温度系数PTC热敏电阻（特点）
负温度系数NTC热敏电阻（特点）
②金属热电阻
a）材料
b）特点
c）功能：把_______转换为_______（电学量）。
（3）霍尔元件
①材料及构造
②霍尔电压：_________________________。
推导：
③功能：把_________（磁学量）转换为_______（电学量）。传感器功能：能将力、温度、光、声、物质成分等_________转化为______的
课内探究学案
【学习目标】
（1）、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；
（2）、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。
（3）、了解传感器的应用。
（4）、通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
【学习重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。
【学习难点】：分析并设计传感器的应用电路。
【学习用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。
【学习过程】
（一）传感器
【身边现象观察】感受传感技术在信息时代的作用和意义
1、自动门，利用人体的红外微波来开关门
2、日光控制路灯的开关
3、遥控器控制电视开关
4、声音强弱控制走廊照明灯开关等
5、烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的
6、手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象
7、电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的
8、水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……
9、机器人：传感器在机器人中，是必不可少的元件。传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。有的传感器就像人的眼睛，可以感受到光的强弱，有的传感器则像人的皮肤，可以感受到温度的变化，有的传感器还能听到声音。传感器就是机器人的感觉器官，它能将外界信息转换成电信号，并传送给单片机进行加工处理。安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。
【导读】仔细研读教材P51—52，体会什么是传感器以及传感器的作用
传感器的定义：
角度
位移 电流
速度 传感器
压力 电压
湿度
声强
光照
干簧管和音乐茶杯能够感受非电学量并将它按照一定规律转化成电学量的一类元件或组件
传感器的工作原理：
【导读】研读课文P52，体会光敏电阻和热敏电阻的作用，能区分热敏电阻和金属热电阻
【导思】根据演示实验并结合教材P57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？
（4）如右图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？
【导思】根据演示实验并结合教材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？
（4）随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化
元件。 （二）当堂检测
例1：如图，R2为热敏电阻，a、b间接报警器。当温度升高时，a、b间电压将？
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，用墨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、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
例3、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NTC热敏电阻Rt的两端相连，这时指针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，指针将向_____（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向Rt，则指针将向_____（填“左”或“右”）移动。
（迁移）若Rt为PTC热敏电阻，情况如何？
例4、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（即单位时间内通过管内横截面积的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。流量计的两端与输送流体的管道相连（图中的虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为 （ ）
A、 B、 C、 D、
例5、如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器，它是将________转化为________来进行测量的.
（三）课后练习与提高
1．关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）
A．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
B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好
C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好
D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好
2．霍尔元件能转换哪两个量（ ）
A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C．把力转换为电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
３．如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（ ）
A．电介质进入极板的长度
B．两极板间距
C．两极板正对面积
D．极板所带电量
４．如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（ ）
A．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
5．如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（ ）
A．Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势
D．Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势
6．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（ ）
A．金属导体 B．绝缘体
C．半导体 D．超导体
7．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现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（ ）
A．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
8．如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中正确的是（ ）
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
9．如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝___________
答案：1、ABD 2、B 3、A 4、ABC 5、A ６、C 7、C 8、ABD
9、
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Ω
R1
R2
R3
b
a
第3题
第4题
R2
R1
R3
第5题
R3
R4
R1
R2
第7题
第8题
第9题