滬科版選修32 5.15.2　傳感器的原理 探究熱敏電阻的溫度特性曲線 學(xué)案.doc

4.1傳感器的原理4.2探究熱敏電阻的溫度特性曲線學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道傳感器的概念，知道傳感器的常見類型2理解傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換電路(重點(diǎn))3掌握熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系(重點(diǎn))4會(huì)用光敏電阻和熱敏電阻設(shè)計(jì)、分析一些實(shí)際問題.自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知知識(shí)梳理一、傳感器的原理1傳感器(1)定義：傳感器是通過測(cè)量外界的物理量、化學(xué)量或生物量來捕捉和識(shí)別信息，并將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的裝置它一般包括敏感元件和轉(zhuǎn)換電路等(2)敏感元件：它是傳感器的核心，它利用各種物理、化學(xué)、生物效應(yīng)，將非電學(xué)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)參數(shù)的變化(3)轉(zhuǎn)換電路：將敏感元件采集的信息進(jìn)行處理，以電壓或電流的形式輸出2智能傳感器轉(zhuǎn)換電路采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，并輸出數(shù)字信息的傳感器3光敏電阻的導(dǎo)電特性光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小4傳感器的類型類型特性舉例物理型傳感器利用被測(cè)物理量變化時(shí)，敏感元件的電學(xué)量(如電壓、電阻、電容等)發(fā)生明顯的變化的特性制成的力學(xué)傳感器化學(xué)型傳感器用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的敏感元件制成的離子傳感器生物型傳感器利用生物體組織的各種生物、化學(xué)與物理效應(yīng)制成的酶?jìng)鞲衅鳌⒚庖邆鞲衅?、抗原抗體傳感器等二、探究熱敏電阻的溫度特性曲線1探究熱敏電阻的阻值隨溫度變化的方案探究方案(一)(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖411所示圖411(2)原理固定熱敏電阻兩端的電壓u0，測(cè)量熱敏電阻在各溫度下的電流值ii.由歐姆定律求得其電阻r，探究阻值跟溫度的關(guān)系(3)實(shí)驗(yàn)步驟將熱敏電阻用塑料薄膜緊貼著包裹一層，使得水浴時(shí)熱敏電阻的引線不直接與水接觸用帶有導(dǎo)線的金屬夾夾住熱敏電阻的引線，連接好電路閉合開關(guān)，記下電壓表及電流表讀數(shù)，計(jì)算出熱敏電阻阻值，并記下熱敏電阻的溫度(即水溫)t.多次改變水的溫度，調(diào)節(jié)滑鍵p的位置，使電壓表示數(shù)保持u0不變，記下電流表讀數(shù)及水溫，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電阻值作出熱敏電阻rt圖線探究方案(二)(1)實(shí)驗(yàn)器材：熱敏電阻、多用電表、燒杯(備用冷、熱水)、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)(2)實(shí)驗(yàn)步驟如圖412所示，將一熱敏電阻連入電路中，用多用電表歐姆擋測(cè)其電阻，記錄溫度、電阻值圖412將熱敏電阻放入裝有少量冷水并插有溫度計(jì)的燒杯中，記錄溫度、電阻值再分幾次向燒杯中倒入熱水觀察不同溫度下熱敏電阻的阻值把測(cè)量到的溫度、電阻值填入表中次數(shù)12345t/cr/在圖413中，粗略描繪出熱敏電阻的阻值r隨t變化的rt圖線圖4132熱敏電阻的溫度特性(1)熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，所用材料根據(jù)其溫度特性可分為三類：正溫度系數(shù)的熱敏材料(ptc)，它的電阻隨溫度的上升而增加負(fù)溫度系數(shù)的熱敏材料(ntc)，它的電阻隨溫度的上升而下降臨界溫度系數(shù)的熱敏材料(ctc)，它的電阻在很小的溫度范圍(臨界)內(nèi)急劇下降(2)用途：ptc和ctc型熱敏電阻在一定溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度而劇烈變化，因此常用作開關(guān)元件在溫度測(cè)量中使用最多的是ntc型熱敏電阻三、熱敏電阻與金屬熱電阻氧化錳熱敏電阻金屬熱電阻特點(diǎn)電阻率隨溫度的升高而減小電阻率隨溫度的升高而增大制作材料半導(dǎo)體金屬優(yōu)點(diǎn)靈敏度好化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大作用將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(1)傳感器是把電學(xué)量轉(zhuǎn)換為非電學(xué)量的裝置()【提示】傳感器是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)成電學(xué)量(2)地震救災(zāi)時(shí)使用的生命探測(cè)儀是利用了生物傳感器()(3)計(jì)算機(jī)用的鼠標(biāo)器是一個(gè)光敏傳感器()(4)金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大()(5)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻阻值隨溫度升高而增大()【提示】負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻阻值隨溫升高而減小(6)在含有熱敏電阻的傳感器電路中，歐姆定律依然成立()2下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：53932096】a凡將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器都是物理傳感器b濕敏傳感器只能是物理傳感器c物理傳感器只能將采集到的信息轉(zhuǎn)化為電壓輸出d物理傳感器利用的是物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理效應(yīng)d各種傳感器雖然工作原理不同，但基本功能相似，多數(shù)是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，故a錯(cuò)；濕敏傳感器為化學(xué)傳感器，故b錯(cuò)；傳感器既可將信息轉(zhuǎn)化為電壓輸出，也可轉(zhuǎn)化為電流、電阻等輸出，故c錯(cuò)；由物理傳感器定義知d對(duì)3有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是()a金屬導(dǎo)體b絕緣體c半導(dǎo)體 d超導(dǎo)體c上述四種材料只有半導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而減小，故選c.合 作 探 究攻 重 難對(duì)傳感器的理解1.傳感器的工作原理傳感器感受的一般是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓值、電流值、電荷量等，這些輸出信號(hào)是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后，再輸送給自動(dòng)控制系統(tǒng)以使其產(chǎn)生各種控制動(dòng)作2三類傳感器的異同(1)相同點(diǎn)：都能將感受到的非電學(xué)量信息轉(zhuǎn)化成電學(xué)量，都是利用敏感元件的某種敏感效應(yīng)制成的(2)不同點(diǎn)：三類傳感器的工作原理不同，所利用的敏感元件的敏感效應(yīng)不同生物傳感器與物理傳感器和化學(xué)傳感器的最大區(qū)別在于生物傳感器的感受器中含有生命物質(zhì)3一些常見的傳感器傳感器種類繁多，具體功能各不相同，下表給出一些常見的傳感器及其工作原理傳感器品種工作原理可被測(cè)定的非電學(xué)量力敏電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體傳感器阻值變化力、質(zhì)量、加速度、溫度、濕度、氣體電容傳感器電容量變化力、質(zhì)量、加速度、液面、濕度感應(yīng)傳感器電感量變化力、質(zhì)量、加速度、旋進(jìn)數(shù)、轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)霍爾傳感器霍爾效應(yīng)角度、旋進(jìn)度、力、磁場(chǎng)壓電傳感器，超聲波傳感器壓電效應(yīng)壓力、加速度、距離如圖414所示，是一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置其中電源電壓保持不變，r是滑動(dòng)變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況，你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的_兩點(diǎn)之間，按照你的接法請(qǐng)回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將_(選填“增大”或“減小”)思路點(diǎn)撥：油量減少，浮標(biāo)下降，電阻增大，cd間電壓減小【解析】由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，r的金屬滑片將會(huì)移動(dòng)，從而引起r兩端電壓的變化當(dāng)油量減少時(shí)，r的數(shù)值會(huì)增大，電路中的電流會(huì)減小c、d間的電壓會(huì)減小當(dāng)把電壓表接在c、d兩點(diǎn)間，電壓表數(shù)值減小時(shí)，表示油量在減小【答案】c、d減小傳感器問題的分析思想不同類型的傳感器，其工作原理一般不同，但所有的傳感器都是把非電學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的變化因此我們可以根據(jù)電學(xué)量的變化來推測(cè)相關(guān)量的變化針對(duì)訓(xùn)練1如圖415所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接聲源s做位移xasin(100t)的振動(dòng)，則() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：53932097】圖415aa振動(dòng)過程中，a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變ba振動(dòng)過程中，a、b板所帶電荷量不變ca振動(dòng)過程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流da向右的位移最大時(shí)，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大d由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接，因此兩極板間的電壓u保持不變，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)e，c可判斷a錯(cuò)、d對(duì)；再由qcu可知，b錯(cuò)；由于q變化，使電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，c錯(cuò)熱敏電阻一、常見幾種傳感器的工作原理1光敏電阻和熱敏電阻的原理光敏電阻和熱敏電阻一般是由半導(dǎo)體材料做成，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照增強(qiáng)或溫度升高時(shí)，會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子，于是導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)，電阻減小2金屬熱電阻的原理金屬的電阻率隨溫度升高而增大，隨溫度降低而減小，故能感受周圍溫度的變化3熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)別兩者原理不同，材料不同，同樣的溫度變化電阻變化不同，金屬熱電阻化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大，熱敏電阻靈敏度高熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值隨溫度變化的圖像如圖416所示圖416二、兩類熱敏電阻的區(qū)別與應(yīng)用1區(qū)別ntc熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，阻值隨溫度的升高而減??；ptc熱敏電阻具有正溫度系數(shù)，阻值隨溫度的升高而增大2應(yīng)用(1)ptc熱敏電阻的應(yīng)用電器過流過熱的保護(hù)，主要應(yīng)用于電腦、電視機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、熱水機(jī)等；照明延時(shí)；消磁器，主要用于電視機(jī)的消磁電路；啟動(dòng)器，用于空調(diào)、冰箱等(2)ntc熱敏電阻的應(yīng)用家用電器，如應(yīng)用于電飯鍋、干燥箱的溫度傳感器上；電子禮品，如電子萬年臺(tái)歷；應(yīng)用于工業(yè)上，如應(yīng)用于醫(yī)藥、化工生產(chǎn)設(shè)備中的溫度傳感器上；電池充電器等(多選)溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的電熨斗裝有雙金屬片溫度傳感器，這種傳感器的作用是控制電路的通斷，其結(jié)構(gòu)如圖417所示下列說法正確的是()圖417a常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的b熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物時(shí)，需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲c常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是分離的d溫度過高時(shí)，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的ab常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬片膨脹大，下部金屬片膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，從而起到自動(dòng)控制溫度的作用，所以a正確，c、d錯(cuò)誤；熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性銅片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制不同溫度的目的，b正確關(guān)于熱敏電阻的兩點(diǎn)提醒(1)熱敏電阻隨溫度的升高，電阻有可能減小，也有可能增大(2)并非所有半導(dǎo)體材料都可以當(dāng)成光敏電阻或熱敏電阻使用針對(duì)訓(xùn)練2如圖418所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)s后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度變化是_，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是_(填選項(xiàng)序號(hào))a小燈泡的電阻發(fā)生了變化b小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化c電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化d電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化【解析】電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)pi2r知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗【答案】變暗c當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1關(guān)于物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器的下列說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：53932098】a物理傳感器是利用材料的某種物理性質(zhì)工作的，因而只能用于機(jī)械加工行業(yè)不能用于化工領(lǐng)域b化學(xué)傳感器是利用某種化學(xué)反應(yīng)來工作的，因而只能輸出某種化學(xué)物質(zhì)而不能輸出電學(xué)量c生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度條件下工作d生物傳感器由于含有生命物質(zhì)，因而對(duì)使用傳感器的環(huán)境條件有一定要求d不論哪種傳感器都可以將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出，故b錯(cuò)；物理傳感器在化工領(lǐng)域也可以使用，如溫度傳感器等，故a錯(cuò)；生物傳感器能夠使用的前提是感受器中的生命物質(zhì)保持生物活性，故c錯(cuò)、d對(duì)2人類發(fā)射的繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的所有航天器，在軌道上工作時(shí)都需要電能，所需要的電能都是由太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化為電能得到的，要求太陽能電池板總是對(duì)準(zhǔn)太陽，為達(dá)到這一要求應(yīng)利用下列哪種傳感器感知太陽方位()a力傳感器b光傳感器c溫度傳感器 d生物傳感器b太陽能電池