高中物理 3.1+2 傳感器 溫度傳感器和光傳感器同步備課課件 教科版選修32.ppt

教師用書獨(dú)具演示 課標(biāo)要求1 了解傳感器的概念 結(jié)構(gòu)及各部分的作用 2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)感知半導(dǎo)體熱敏電阻的特性 3 了解溫度與光傳感器常用的敏感元件及其在生活 生產(chǎn)中的應(yīng)用 1傳感器 2溫度傳感器和光傳感器 課標(biāo)解讀1 知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義 通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道常見(jiàn)傳感器的工作原理 2 了解干簧管的構(gòu)造及作用 教學(xué)地位本節(jié)知識(shí)屬于 了解 水平 在高考中出現(xiàn)的頻度較小 對(duì)于傳感器的工作原理 及敏感元件的特性 有可能與其他知識(shí)相結(jié)合出現(xiàn)在選擇題或?qū)嶒?yàn)題中 新課導(dǎo)入建議人們能通過(guò)眼睛 耳朵 鼻子 口和肌膚 接收外部世界的光線 聲音 氣味 溫度等信息 并將這些信息傳輸給大腦 以作出正確的處理和判斷 是否有些儀器像人的眼睛 耳朵 鼻子 口和肌膚一樣 能夠接收外部世界的光線 聲音 氣味 溫度等信息 并采取一定的方式把這些信息儲(chǔ)存或顯示或處理 這是我們這節(jié)課主要探究和學(xué)習(xí)的內(nèi)容 課前預(yù)習(xí)安排 1 看教材2 填寫 課前自主導(dǎo)學(xué) 同學(xué)之間可進(jìn)行討論 教學(xué)流程設(shè)計(jì) 步驟1 導(dǎo)入新課 本節(jié)教學(xué)地位分析 步驟2 老師提問(wèn) 檢查預(yù)習(xí)效果 可多提問(wèn)幾個(gè)學(xué)生 步驟3 師生互動(dòng)完成 探究1 互動(dòng)方式 除例1外可再變換命題角度 補(bǔ)充一個(gè)例題以拓展學(xué)生思路 步驟4 教師通過(guò)例題講解總結(jié)敏感元件的作用和傳感器的工作原理 步驟5 讓學(xué)生完成 遷移應(yīng)用 檢查完成情況并點(diǎn)評(píng) 步驟6 師生互動(dòng)完成 探究2 方式同完成探究1相同 步驟7 完成 探究3 重在講解規(guī)律方法技巧 步驟8 指導(dǎo)學(xué)生完成 當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo) 驗(yàn)證學(xué)習(xí)情況 步驟9 先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識(shí) 教師點(diǎn)評(píng) 安排學(xué)生課下完成 課時(shí)作業(yè) 演示結(jié)束 1 基本知識(shí) 傳感器 2 敏感元件的原理和應(yīng)用實(shí)例 原理 大多數(shù)傳感器是通過(guò)敏感元件把 轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量 或轉(zhuǎn)化為電路的 從而實(shí)現(xiàn)方便的顯示 記錄 處理和控制 應(yīng)用實(shí)例 半導(dǎo)體熱敏電阻 具有電阻隨溫度 的特性 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量 常用于溫度傳感器 干簧管 感知 的敏感元件 常用于 控制開(kāi)關(guān) 非電學(xué)量 控制開(kāi)關(guān) 靈敏變化 磁場(chǎng) 磁場(chǎng) 2 思考判斷 1 干簧管是一種磁傳感器 2 傳感器擔(dān)負(fù)著采集信息的任務(wù) 3 傳感器是力 溫度 光 聲 化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要工具 3 探究交流街旁的路燈 江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮 白天熄 利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性可以制成自動(dòng)點(diǎn)亮 熄滅的裝置 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 想一下 這是利用了半導(dǎo)體的什么性質(zhì)呢 提示 利用了半導(dǎo)體敏感元件的光敏特性 1 基本知識(shí) 1 溫度傳感器 概念 溫度傳感器是把 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器 幾種常用的溫度傳感器 熱雙金屬片溫度傳感器a 敏感元件 兩種 相差較大的金屬片焊接或軋制成的熱雙金屬片 溫度傳感器和光傳感器 溫度 熱膨脹系數(shù) b 工作原理 溫度升高時(shí) 由于兩面金屬膨脹程度 雙金屬片就會(huì)變形 因此 可作為溫度的敏感元件 利用了熱雙金屬片對(duì)溫度的感知表現(xiàn)為 的特性 熱電阻傳感器a 敏感元件 用金屬絲制作的 電阻 又叫熱電阻 b 熱電阻阻值與溫度t的關(guān)系r r0為t 0 時(shí)導(dǎo)體電阻 為溫度系數(shù) 不同 熱雙金屬片 形變 感溫 r0 1 t 熱敏電阻傳感器a 敏感元件 熱敏電阻 b 熱敏電阻的分類一種是隨溫度升高而電阻 的熱敏電阻 用ntc符號(hào)表示 另一類隨溫度升高而電阻 的熱敏電阻 用ptc符號(hào)表示 c 特點(diǎn)及用途熱敏電阻對(duì)溫度變化的響應(yīng) 常用于 溫度 或 半導(dǎo)體 減小 增大 很敏感 測(cè)溫 控制 過(guò)熱保護(hù) 3 光傳感器 概念光傳感器是利用光敏電阻把 這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個(gè)電學(xué)量 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而 應(yīng)用 光電式轉(zhuǎn)速器等都是利用了光電傳感器來(lái)工作的 光強(qiáng) 電阻 減小 火災(zāi)報(bào)警器 兩種實(shí)用的光傳感器a 光電式煙塵濃度計(jì) 靠監(jiān)測(cè) 來(lái)工作 b 光電式轉(zhuǎn)速表光源發(fā)出的光經(jīng) 會(huì)聚成平行光束照到被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體上 被 反射回來(lái) 再經(jīng) 聚焦落到 上 產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的 信號(hào) 經(jīng)信號(hào)處理電路處理后 顯示出轉(zhuǎn)速 煙塵濃度 透鏡 反光紙 透鏡 光敏二極管 電脈沖 2 思考判斷 1 溫度傳感器的敏感元件一定是熱敏電阻 2 光敏電阻可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào) 3 雙金屬片熱保護(hù)器是一種溫度傳感器 3 探究交流如何根據(jù)電阻的變化反映光或溫度的變化 提示 當(dāng)光或溫度發(fā)生變化時(shí)連接在電路中的光敏電阻或熱敏電阻的阻值發(fā)生變化 通過(guò)它的電流或加在它上面的電壓就發(fā)生變化 從而可通過(guò)電壓表或電流表反映出來(lái) 即電壓或電流的變化表示光或溫度的變化 問(wèn)題導(dǎo)思 1 傳感器由哪幾部分組成 2 傳感器是如何工作的 3 傳感器可分為哪幾類 對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí) 1 傳感器的工作流程和傳感器組成 1 傳感器的工作流程 2 傳感器的組成 敏感元件 相當(dāng)于人的感覺(jué)器官 是傳感器的核心部分 是利用材料的某種敏感效應(yīng) 如熱敏 光敏 壓敏 力敏 濕敏等 制成的 轉(zhuǎn)換元件 是傳感器中能將敏感元件輸出的 與被測(cè)物理量成一定關(guān)系的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件 轉(zhuǎn)換電路 是將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測(cè)量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電學(xué)量 如電壓 電流 電阻等 2 傳感器的原理傳感器感受的通常是非電學(xué)量 如力 溫度 位移 濃度 速度 酸堿度等 而輸出的通常是電學(xué)量 如電壓 電流 電荷量等 這些輸出的信號(hào)是非常微弱的 通常需要經(jīng)過(guò)放大后 再傳送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作 3 分類 1 按傳感器所測(cè)量物理量分為 位移 力 速度 溫度 流量 氣體成分等傳感器 2 按傳感器工作原理分為 電阻 電容 電感 電壓 霍爾 光電 熱電偶等傳感器 3 按傳感器輸出信號(hào)性質(zhì)分 輸出為開(kāi)關(guān)量 1 或 0 或 開(kāi) 和 關(guān) 的開(kāi)關(guān)型傳感器 輸出為模似信號(hào)的模擬型傳感器 輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器 全面了解汽車的運(yùn)行狀態(tài) 速度 水箱溫度 油量 是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一 為模仿汽車油表原理 自制一種測(cè)定油箱油量多少或變化多少的裝置 如圖3 1 1所示 其中路端電壓保持不變 r是滑動(dòng)變阻器 它的金屬滑片是金屬桿的一端 r 為定值電阻且r r 小陽(yáng)同學(xué)在裝置中使用了一只電壓表 圖中沒(méi)有畫出 通過(guò)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 填 增大 或 減少 審題指導(dǎo) 審題時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題 1 滑動(dòng)變阻器r的連接方式如何 2 注意路端電壓保持不變和r r這兩個(gè)條件 圖3 1 1 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 且當(dāng)r r時(shí) ur ir可視為ur與r成正比 所以電壓表應(yīng)接在b c之間 當(dāng)油量減少時(shí) 電壓表示數(shù)將增大 答案 b c增大 電學(xué)量具有便于控制 放大 衰減 波形整理 顯示 可儲(chǔ)存 遠(yuǎn)距離傳輸?shù)燃夹g(shù)方面的優(yōu)點(diǎn) 尤其是將電學(xué)量與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合 可以方便地實(shí)現(xiàn)信息的采集 處理 輸出的自動(dòng)化和智能化 所以現(xiàn)代信息技術(shù)與自動(dòng)控制中常將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量進(jìn)行信息收集 1 關(guān)于傳感器工作的一般流程 下列說(shuō)法中正確的是 a 非電學(xué)量 敏感元件 轉(zhuǎn)換電路 電學(xué)量 轉(zhuǎn)換元件b 電學(xué)量 敏感元件 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換元件 非電學(xué)量c 非電學(xué)量 敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 轉(zhuǎn)換電路 電學(xué)量d 非電學(xué)量 轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換元件 敏感元件 電學(xué)量 答案 c 問(wèn)題導(dǎo)思 1 光傳感器和溫度傳感器有何不同 2 為什么光敏電阻光越強(qiáng) 電阻值越小 3 半導(dǎo)體熱敏電阻有哪兩類 各有什么特性 光傳感器和溫度傳感器 1 光電傳感器和溫度傳感器的不同 2 光敏電阻特性成因分析當(dāng)光敏電阻受到光照射時(shí) 會(huì)有更多的電子獲得能量成為自由電子 同時(shí)也形成更多的空穴 于是導(dǎo)電性明顯地增強(qiáng) 電阻減小 3 熱敏電阻的種類及特性曲線常見(jiàn)的有兩種類型 圖中3 1 2甲為ptc型 乙為ntc型 ptc型為正溫度系數(shù)熱敏電阻 ntc型為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 圖3 1 2 2012 南京高二期末 如圖3 1 3所示電路中 電源電動(dòng)勢(shì)為e 內(nèi)阻為r rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 r為光敏電阻 閉合開(kāi)關(guān)后 小燈泡l正常發(fā)光 由于環(huán)境條件改變 光照或溫度 發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗 則引起小燈泡變暗的原因可能是 a 溫度不變 光照增強(qiáng)b 溫度升高 光照不變c 溫度降低 光照增強(qiáng)d 溫度升高 光照減弱 圖3 1 3 審題指導(dǎo) 審題時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題 1 rt為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 r為光敏電阻 2 分析燈泡l的亮度變化要根據(jù)閉合電路歐姆定律 解析 由題圖可知 當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時(shí) 小燈泡l都會(huì)變暗 結(jié)合光敏電阻特性可知 a正確 b錯(cuò)誤 若光敏電阻阻值減小的同時(shí) 熱敏電阻的阻值增大 小燈泡l變暗 c正確 若熱敏電阻減小 光敏電阻增大 則小燈泡變亮 d錯(cuò)誤 答案 ac 2 如圖3 1 4所示 將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于 歐姆 擋 再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻rt的兩端相連 這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間 若往rt上擦一些酒精 表針將向 填 左 或 右 移動(dòng) 若用電吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 表針將向 填 左 或 右 移動(dòng) 圖3 1 4 解析 若往rt上擦一些酒精 由于酒精蒸發(fā)吸熱 熱敏電阻rt溫度降低 電阻值增大 所以指針應(yīng)向左偏 用電吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻 電阻rt溫度升高 電阻值減小 所以指針向右偏 答案 左右 用圖3 1 5甲所示電路測(cè)量電流表的內(nèi)阻 閉合電鍵s 當(dāng)變阻器的滑片滑至c處時(shí) 電流表和電壓表的讀數(shù)分別為40ma 9v 已知圖甲中熱敏電阻的i u關(guān)系圖線如圖乙所示 則電流表的內(nèi)阻為 a 0 14 b 85 c 140 d 225 綜合解題方略 傳感器電路分析 甲乙圖3 1 5 答案 b 常見(jiàn)敏感電阻問(wèn)題的處理方法常見(jiàn)的敏感電阻有熱敏電阻 光敏電阻 磁敏電阻 壓敏電阻等 對(duì)于這些敏感電阻 經(jīng)常與電學(xué)實(shí)驗(yàn)相聯(lián)系進(jìn)行考查 考查的方式一般是把傳統(tǒng)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理及方法 放到研究敏感電阻特性的背景中進(jìn)行考查 解答此題需要把握以下三點(diǎn) 1 明確各敏感電阻的特性明確這些敏感電阻隨所處環(huán)境的溫度 光照 磁場(chǎng) 壓力等的變化而靈敏變化的情況 能從各自的特性曲線上了解或求得所需要的信息 2 明確所考查電學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理及方法 這是解題的關(guān)鍵 3 將敏感電阻的特性與電學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理方法相結(jié)合 運(yùn)用所學(xué)的電學(xué)規(guī)律 如歐姆定律等 或力學(xué)規(guī)律 如牛頓運(yùn)動(dòng)定律等 解題 備選例題 1 傳感器是一種采集信息的重要器件 如圖教3 1 1所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器 將電容器 靈敏電流計(jì) 零刻度在中間 和電源串聯(lián)成閉合回路 當(dāng)壓力f作用于可動(dòng)電極的膜片上時(shí) 膜片產(chǎn)生形變 引起電容的變化 導(dǎo)致靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn) 在對(duì)膜片開(kāi)始施加恒定的壓力到膜片穩(wěn)定的這段時(shí)間 靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況為 電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏 a 靈敏電流計(jì)指針向右偏b 靈敏電流計(jì)指針向左偏c 靈敏電流計(jì)指針不動(dòng)d 不能判斷靈敏電流計(jì)指針向哪邊偏 審題指導(dǎo) 審題時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題 1 f的作用使電容器兩極板間的距離減小 2 電容器始終與電源相連接 其兩端的電壓不變 圖教3 1 1 答案 a 2 2012 廣元高二期末 傳感器是把非電學(xué)物理量 如位移 壓力 流量 聲強(qiáng)等 轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件 如圖教3 1 2所示為一種電容傳感器 電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 電路中a b構(gòu)成一個(gè)電容器 b是固定不動(dòng)的金屬板 a是能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜 若聲源s發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動(dòng) 則a在振動(dòng)過(guò)程中 a a b板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變b a b板所帶的電荷量不變c 電路中始終有方向不變的電流d 向右位移最大時(shí) 電容器的電容最大 圖教3 1 2 答案 d 備課資源 教師用書獨(dú)具 轎車上的傳感器汽車傳感器將有關(guān)汽車運(yùn)行的變化量傳遞到有關(guān)的儀表或者控制器 在汽車上起到了 耳目 的作用 1970年以前 一般汽車上只有油壓 水溫 油量三種傳感器 分別監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑壓力 冷卻水溫度和燃油箱的儲(chǔ)量 從70年代開(kāi)始 伴隨著汽車電子化的發(fā)展 汽車性能的提高和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng) 傳感器在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用范圍和使用數(shù)目也不斷增加 目前轎車上的傳感器已經(jīng)廣布全車 從發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器 從轉(zhuǎn)向到安全氣囊 從制動(dòng)到懸架 從照明到空調(diào)都已經(jīng)有了傳感器的蹤影 據(jù)統(tǒng)計(jì) 現(xiàn)在中級(jí)的轎車已有傳感器20個(gè)左右 高級(jí)的轎車已達(dá)80個(gè)以上 而且呈不斷增加的趨勢(shì) 目前汽車傳感器有兩大類 一類是使駕駛者直接了解汽車各部分狀態(tài)的儀表傳感器 另一類是用于控制汽車運(yùn)行狀態(tài)的控制傳感器 前一種早就有了 后一種是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)物 控制傳感器也是一種轉(zhuǎn)換器 它將物理量或者化學(xué)量等信號(hào)轉(zhuǎn)換成一種計(jì)算機(jī)能夠理解的電信號(hào) 傳感器是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件 如果沒(méi)有各種傳感器 計(jì)算機(jī)根本無(wú)法工作 汽車電子化也就無(wú)從談起 例如現(xiàn)代轎車的電子燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)上 都安裝有進(jìn)氣溫度傳感器 真空傳感器等多種傳感器 它們各得其位 分別安置在進(jìn)氣管道 節(jié)流閥 分電器軸等位置上 監(jiān)測(cè)進(jìn)氣溫度 壓力 流量以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 將這些信號(hào)變成電信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī) 又稱中央控制器 ecu 它將信號(hào)和儲(chǔ)存在固定存儲(chǔ)器中的信號(hào)進(jìn)行比較 計(jì)算出當(dāng)前狀況下最佳的點(diǎn)火時(shí)刻及最佳的噴油量 從而輸出脈沖電流去控制操縱有關(guān)元件 目前轎車上的傳感器所監(jiān)測(cè)信號(hào)的范圍越來(lái)越大 已從過(guò)去單純監(jiān)測(cè)車內(nèi)物理變化到現(xiàn)在監(jiān)測(cè)車內(nèi)外的物理變化和化學(xué)變化 包括環(huán)境溫度的變化 駕駛者的身體及精神變化 車輛的位置變化等 傳感器是電子控制系統(tǒng)的 探頭 傳感器用得越多 車上的電子化越全面 轎車的自動(dòng)控制程度也就越高 1 關(guān)于干簧管 下列說(shuō)法正確的是 a 干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用b 干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的c 干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用d 干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 解析 干簧管是一個(gè)磁場(chǎng)自動(dòng)控制的電路開(kāi)關(guān) 故選項(xiàng)c d正確 答案 cd 2 關(guān)于傳感器的作用 下列說(shuō)法中正確的有 a 通常的傳感器可以直接用來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制b 傳感器可以用來(lái)采集信息c 傳感器可以將感受到的一些信號(hào)轉(zhuǎn)換為力學(xué)量d 傳感器可以將所有感受到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 解析 通常的傳感器輸出的電學(xué)信號(hào)非常微弱 要經(jīng)過(guò)放大 再送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動(dòng)作 a錯(cuò) 傳感器通過(guò)采集力 溫度 光 聲 磁場(chǎng) 化學(xué)成分等信息 按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓 電流 電阻等電學(xué)量或電路的通斷 傳感器并不能將所有非電學(xué)信號(hào)都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 故b正確 c