1、學案1傳感器及其工作原理學習目標定位1.了解什么是傳感器，感受傳感技術在信息時代的作用與意義.2.知道將非電學量轉化為電學量的意義.3.了解光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻和霍爾元件的性能，知道其工作原理及作用一、什么是傳感器1定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等物理量，并能把它們按照一定的規律轉換為便于傳送和處理的另一個物理量(通常是電壓、電流等電學量)，或轉換為電路的通斷的元件2非電學量轉換為電學量的意義：把非電學量轉換為電學量，可以方便地進行測量、傳輸、處理和控制二、光敏電阻1原理：無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好2作用：把光照強弱這個光

2、學量轉換為電阻這個電學量三、熱敏電阻和金屬熱電阻作用：把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量四、霍爾元件作用：把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量.一、什么是傳感器問題設計如圖1所示，小盒子A的側面露出一個小燈泡，盒外沒有開關，但是把磁鐵B放到盒子上面，燈泡就會發光，把磁鐵移走，燈泡熄滅圖1盒子里有什么樣的裝置，才能出現這樣的現象？答案盒子里用到了干簧管把干簧管串入電路，當磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關的作用要點提煉1干簧管結構：如圖2所示，它只是圖2玻璃管內封入的兩個軟磁性材料制成的簧片作用：在電路中起到開關的作用，它是一種能夠感知磁場的傳感器2傳感器的原理

3、：3在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學量轉化為電學量的；(3)是如何顯示或控制開關的二、光敏電阻問題設計在工廠生產車間的生產線上安裝計數器后，就可以準確得知生產產品的數量，如圖3所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻此光電計數器的基本工作原理是什么？圖3答案當光被產品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統得到低電壓，每通過一個產品就獲得一次低電壓，并計數一次要點提煉1光敏電阻是用半導體材料(如硫化鎘)制成的特點：光照越強，電阻越小2當半導體材料受到光照或者溫度升高時，會有更多的電子獲得能量成為自由電子，同

4、時也形成更多的空穴，于是導電能力明顯增強三、熱敏電阻和金屬熱電阻問題設計如圖4所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何偏轉？若用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，表針將如何偏轉？圖4答案由于酒精蒸發，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針將向左偏；用吹風機將熱風吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏要點提煉1熱敏電阻：用半導體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化的規律，熱敏電阻可分為正溫度系數的熱敏電阻和負溫度系數的熱敏電阻(1)正溫度系數的熱敏電

5、阻隨溫度升高電阻增大(2)負溫度系數的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小2金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻3熱敏電阻和金屬熱電阻都能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量金屬熱電阻的化學穩定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差四、霍爾元件問題設計如圖5所示，在矩形半導體薄片E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的磁場B，則薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場都垂直的方向漂移，使M、N間出現了電壓，稱為霍爾電壓UH.試推導其表達式圖5答案設薄片厚度為d，EF方向長度為l1，MN方向長度為l2，薄片中的載流

6、子受到洛倫茲力發生偏轉，使半導體內部出現電場，載流子同時受到電場力和洛倫茲力的作用，當洛倫茲力與電場力平衡時，M、N間電勢差達到穩定即qqvB再根據電流的微觀表達式InqvS，Sl2d整理得：U令k，其中n為材料單位體積的載流子的個數，q為單個載流子的電荷量，它們均為常數則有Uk.要點提煉1霍爾元件在電流、電壓穩定時，載流子所受電場力和洛倫茲力二力平衡2霍爾電壓UHk(d為薄片的厚度，k為霍爾系數)其中UH與B成正比，所以霍爾元件能把磁學量轉換成電學量一、對傳感器的認識例1如圖6是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置圖6其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使

7、用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數，可以了解油量情況(1)你認為電壓表應該接在圖中的_兩點之間，按照你的接法請回答：當油箱中油量減少時，電壓表的示數將_(選填“增大”或“減小”)(2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數變化有何不同？解析(1)由題圖可知當油箱內液面高度變化時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化當油量減少時，R的數值會增大，電路中的電流會減小，c、d間的電壓會減小當把電壓表接在c、d兩點間，電壓表示數減小時，表示油量在減少(2)把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數減小；油量減少時，R增大，電壓表的示數

8、增大把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數增大，同理，油量減少時，電壓表的示數減小答案(1)c、d減小(2)見解析二、對光敏電阻、熱敏電阻的認識及應用例2如圖7所示，R1、R2為定值電阻， L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時()圖7A電壓表的示數增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大解析當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減

9、小，則R2中電流減小，故B項正確結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確答案ABC三、對霍爾元件的認識及應用例3如圖8所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況以下說法中正確的是(工作面是指較大的平面)()圖8A將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大B在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平C在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平D改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發生變化解析將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工

10、作面時，B增大，I恒定，由公式UH知UH將變大，選項A正確；地球兩極的磁場方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應保持水平，使B與工作面垂直，選項B正確；地球赤道上的磁場沿水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北時，B才與工作面垂直，選項C錯誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B在垂直工作面方向上的大小發生變化，UH將發生變化，選項D正確答案ABD傳感器及其工作原理1(對傳感器的認識)關于傳感器，下列說法正確的是 ()A所有傳感器都是由半導體材料制成的B金屬材料也可以制成傳感器C傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D水銀溫度計是一種傳感器答案B解析大多數傳感器是由半導體材料

11、制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學量轉換為電學量，因此傳感器感知的應該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學量，但不能把熱學量轉化為電學量，因此不是傳感器，故D錯2(對光敏電阻、熱敏電阻的認識及電路分析)如圖11所示電路中，電源電動勢為E，內阻為r，RT為負溫度系數熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發光，由于環境改變(光照或溫度)，發現小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是()圖11A溫度不變，光照增強B溫度升高，光照不變C溫度降低，光照增強D溫度升高，光照減弱答案AC題組一對傳感器的認識1傳感器擔負著信息采集的任務，它可以

12、()A將力學量(如形變量)轉變成電學量B將熱學量轉變成電學量C將光學量轉變成電學量D將電學量轉變成力學量答案ABC解析傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的物理量(一般是電學量)的一類元件故選項A、B、C對，選項D錯2關于干簧管，下列說法正確的是 ()A干簧管接入電路中相當于電阻的作用B干簧管是根據熱脹冷縮的原理制成的C干簧管接入電路中相當于開關的作用D干簧管是作為電控元件以實現自動控制的答案CD解析干簧管能感知磁場，是因為當兩個簧片所處位置的磁場方向相同時，兩個簧片被磁化而接通，所以是做開關來使用的，當磁場靠近或遠離的時候，就會實現閉合或斷開3.如圖1所

13、示，是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制成的傳感器，話筒的振動膜前面有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構成電容器的兩極在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發生變化，從而使聲音信號被話筒轉化為電信號，其中導致電容變化的原因是電容器兩板間的 ()圖1A距離變化B正對面積變化C電介質變化 D電壓變化答案A解析振動膜前后振動，使振動膜上的金屬層與金屬板間的距離發生變化，從而將聲音信號轉化為電信號題組二對光敏電阻的認識及電路分析4如圖2所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數的示意圖，其中A是發光儀器，B是光敏電阻(光照增強時電阻變小)，下列

14、說法中正確的是 ()圖2A當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數變小B當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數變大C當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變小，電壓表讀數變小D當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻的阻值變大，電壓表讀數變大答案AD解析光敏電阻的阻值與光照強度有關，光照強度越大，光敏電阻阻值越小當傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時，光敏電阻阻值變小，電路中電流變大，電源內阻上的電壓變大，路端電壓變小，所以電壓表讀數變小，選項A正確；相反，當傳送帶上有物品擋住由A射向B的光信

15、號時，光敏電阻的阻值變大，電路中電流變小，電源內阻上的電壓變小，路端電壓變大，所以電壓表讀數變大，選項D正確5.如圖3所示，R3是光敏電阻(光照時電阻變小)，當開關S閉合后，在沒有光照射時，a、b兩點等電勢當用光照射電阻R3時，則()圖3Aa點電勢高于b點電勢Ba點電勢低于b點電勢Ca點電勢等于b點電勢Da點電勢和b點電勢的大小無法比較答案A解析R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓減小，故a點電勢升高，因其他電阻的阻值不變，所以a點電勢高于b點電勢6.如圖4所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為，現用手掌擋住部分光線

16、，表針的偏角變為，則可判斷()圖4AB<C>D不能確定答案B解析光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉角度變小題組三對熱敏電阻、金屬熱電阻的認識及電路分析7.如圖5所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的示意圖，現在把杯中的水由冷水變為熱水，關于歐姆表的讀數變化情況正確的是()圖5A如果R為金屬熱電阻，讀數變大，且變化非常明顯B如果R為金屬熱電阻，讀數變小，且變化不明顯C如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數變化非常明顯D如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數變化不明顯答案C解析如果R為金屬熱電阻，則讀數變大，但不會非常明顯，故A

17、、B均錯；如果R為熱敏電阻，讀數變化非常明顯，故C對，D錯8如圖6所示， R1為定值電阻，R2為負溫度系數的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時()圖6AR1兩端的電壓增大B電流表的示數增大C小燈泡的亮度變強D小燈泡的亮度變弱答案C解析R2與燈泡L并聯后再與R1串聯，與電源構成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2電阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數減小，燈泡L兩端的電壓增大，燈泡的亮度變強，R1兩端的電壓減小，故只有C正確題組四對霍爾元件(效應)的認識及應用9如圖7所示，截面為矩形的金屬導體，放在磁場中，當導體中通有圖示電流時，導體的上、下表面的電勢關系為()圖7AUM>UNBUMUNCUM<UND無法判斷答案A解析霍爾效應形成的原因是帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力作用定向移動形成的，根據左手定則，金屬導體中自由電子受到向下的洛倫茲力作用，向導體的下表面N運動，則導體的上表面M剩下正電荷，所以UM>UN.故選A.10.電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體(如污水)在管中的流量(即單位時間內通過管內橫截面的流體的體積)為了簡化，假設流量計是如圖8所示的橫截面為長方形的一段管道，中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c.流量計的兩端與輸送流體的管道相連(圖中