选择性必修 第二册 5.2常见传感器的工作原理及应用 学案（原卷+解析）

中小学教育资源及组卷应用平台 高中物理选择性必修二素养提升学案 第五章 传感器 5.2 常见传感器的工作原理及应用 一、新课标要求 1．理解常见传感器敏感元件的特性。 2. 知道常见传感器敏感元件的应用。 二、科学素养要求 1.物理观念：传感器敏感元件 2.科学思维：培养归纳总结、分析推理能力。 3.科学探究：通过实验，体验科学探究过程。 4.科学态度与责任：学习科学家的科学精神，实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 1．光敏电阻 (1)特点：光照越强，电阻越小。 (2)原因：光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。 (3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。 2．金属热电阻 金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。 3．热敏电阻 热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线。 4．电阻应变片 (1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。 (2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。 (3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。 (4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某个物理量变化的传感器。 [初试小题] 1．判断正误。 (1)光敏电阻随着光照的增强，导电性变好。(√) (2)热敏电阻能够把热学量转换为电学量。(√) (3)金属热电阻和热敏电阻在温度升高时电阻值都变大。(×) (4)电子秤中应变片的电阻随形变大小而变化。(√) 2．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器(　　) A．压力传感器　　　　　 B．红外线传感器 C．温度传感器 D．生物传感器 四、要点突破 要点一 光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻 [问题探究] 如图甲所示，在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量。光敏电阻自动计数器的示意图如图乙所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。此光电计数器的基本工作原理是什么？ 提示：当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次。 [要点归纳] 光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻对比分析 特性 原因 光敏电阻 光照越强，电阻越小 光照增强，载流子增多，电阻减小 金属热电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，金属电阻率增大，电阻增大 热敏电阻 负温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越小 温度升高，载流子增多，电阻减小 正温度系数的热敏电阻 温度越高，电阻越大 温度升高，载流子减少，电阻增大 要点二．霍尔元件及工作原理 (1)霍尔元件 如图所示，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟)薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。 (2)工作原理 外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力的作用，从而在导体板的一侧聚集，以致在导体板的另一侧会出现另一种电荷，从而形成电场；横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板左、右两侧会形成稳定的电压，设导体板左、右两侧的距离为l，导体板的厚度为d，则q＝qvB。 根据电流的微观解释I＝nqSv得，UH＝。令k＝，因n为单位体积内带电粒子的个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以UH＝k。UH与B成正比，这就是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因。 [例题]　温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如 ... ...