高中物理 第4章 传感器与现代社会 用传感器做实验 信息时代离不开传感器学案 沪科版选修3-2

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1、学案2　用传感器做实验　信息时代离不开传感器[学习目标定位]1.知道温度传感器、力传感器的原理和应用.2.理解霍尔元件的原理.3.了解现代生产、生活中常用的传感器．1．带电粒子在电场中受到的电场力F＝Eq.2．当带电粒子以速度v在磁场中运动时，若速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为F＝qvB，方向用左手定则判定．一、温度传感器：将温度的变化量转换成电学量的装置．二、力传感器　将力学量转换为电学量的装置．三、磁传感器1．霍尔元件是一种磁敏感元件．2．霍尔效应：在金属薄片相对的两侧面通以控制电流I，在与薄片垂直方向施加磁感应强度为B的磁场，那么，在垂直于电流和磁场方向的另外两

2、个侧面将产生与控制电流和磁场成正比的电动势UH，这种现象称为霍尔效应，即UH＝RH.四、随处可见的传感器传感器在现代生活中的例子有红外测温仪、数码相机和摄像机、酒精浓度测试仪、煤气报警器等.一、实验中常见几种传感器分析1．温度传感器的原理温度传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，它能把温度这个热学量转换为电压这个电学量．如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制器、火警报警器、恒温箱等．2．力传感器的原理如图1所示，力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力，应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．图13.霍尔效应的原理如图2所示,当电流垂

3、直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差,这一现象便是霍尔效应.图2二、随处可见的传感器1．红外测温仪：是一种将红外辐射波转换成电信号的传感装置．2．数码相机和摄像机：敏感元件叫做电荷耦合器件(CCD)，它能将光信号转换成模拟电信号，模拟电信号再通过A/D转换器转换成数字电信号．3．酒精浓度测试仪：敏感元件是酒精传感器．在生活中还有煤气报警器、火警报警器、红外报警器、防盗报警器等等．工业生产中有热轧生产线上的传感器，农业生产中有空气湿度传感器、土壤湿度传感器、土壤营养传感器等等．三、信息社会离不开传感器智能式传感器集信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维

4、和判断功能于一身，把计算机、各种用途的传感器和输入输出接口等制在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传感器．四、遥测与遥感遥感遥测的基本原理是通过遥感传感器对观测目标产生的电磁波、热辐射进行远距离收集、转换，用计算机处理、识别，得出结论．主要应用在地球资源勘测、环境监控、气象预报、军事侦察等方面．一、对霍尔元件的认识及应用例1　如图3所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用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(工作面是指较大的平面)(　　)图3A．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

5、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将发生变化解析　将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时，B才与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B在垂直工作面方向上的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确．答案　ABD二、传感器的应用

6、分析例2　按图4所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是__________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是____________________；停止吹风，会发现_____________________________________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现________________________________________________．图4答案　由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁　亮了　电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住

7、衔铁，右侧电路接通　小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高　小灯泡熄灭三、传感器的应用实例例3　电饭煲的工作原理如图5所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭