4.1传感器的原理-4.2探究热敏电阻的温度特性曲线 学案（2020年沪科版高中物理选修3-2）

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1、4.1 传感器的原理传感器的原理 4.2 探究热敏电阻的温度特性曲线探究热敏电阻的温度特性曲线 学科素养与目标要求 物理观念： 1.知道传感器的概念， 理解其工作原理.2.了解光敏电阻、 热敏电阻等元件的特征.3. 会探究热敏电阻的温度特性曲线. 科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的作用. 一、什么是传感器 光声控延时开关的敏感元件有哪些？你能画出它的原理图吗？ 答案 有光敏感元件和声敏感元件. 要点总结 1.传感器是通过测量外界的物理量、化学量或生物量来捕捉和识别信息，并将被测量的非电 学量转化成电学量的装置. 2.各种传感器的作用都是把非电学量转换成电学量.

2、 3.传感器的结构 非电学量 非电信息 敏感元件 处理电路 电信息 电学量 4.敏感元件是传感器中的关键性元件，它承担着直接“感知”和转换外界信息的任务. 5.根据检测量的不同，传感器可分为物理型、化学型和生物型. 例 1 (2018 扬州市邗江区高二下期中)关于传感器，下列说法正确的是( ) A.所有传感器都是由半导体材料制成的 B.金属材料也可以制成传感器 C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D.水银温度计是一种传感器 答案 B 解析 传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，所以 A 错误；金属材 料也可以制成传感器， 所以 B 正确； 传感器一定是通过非电学量

3、转换成电学量来传递信号的， 所以 C 错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以 D 错误. 二、研究光敏电阻的导电特性 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，如图 1 所示为 光敏电阻自动计数器的示意图，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？ 图 1 答案 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. 要点总结 1.光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的. 特点：光照越强，电阻越小. 2.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量

4、转换为电阻这个电学量. 例 2 (多选)如图 2 所示，R1、R2为定值电阻，L 为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度 增大时( ) 图 2 A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大 答案 ABC 解析 当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随 R3的减小而减小，R1两端电压 因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A 项正确，D 项错误.由路端电压减小，而 R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则 R2中电 流减小，故 B 项正确.结合干路电流增大知小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C 项

5、正确. 三、探究热敏电阻的温度特性 如图 3 所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的 热敏电阻 Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在 Rt上擦一些酒精，表针将 如何摆动？若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？ 图 3 答案 由于酒精蒸发，热敏电阻 Rt温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风 吹向电阻，Rt温度升高，电阻值减小，指针将向右偏. 要点总结 1.金属导体的电阻率随温度升高而增大. 2.热敏电阻一般用人工合成的新型陶瓷材料制成，也可用半导体材料制成. 3.热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类 (1)正温度系数的热敏

6、材料(PTC)：电阻随温度的上升而增加. (2)负温度系数的热敏材料(NTC)：电阻随温度的上升而下降. (3)临界温度系数的热敏材料(CTC)：电阻在很小的温度范围(临界)内急剧下降. 例 3 (多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控 制.如图 4 所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C 为电容器. 当环境温度降低时( ) 图 4 A.电容器 C 的带电荷量增大 B.电压表的读数增大 C.电容器 C 两板间的电场强度减小 D.R1消耗的功率增大 答案 AB 解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由 I E R总

7、知 I 变小，又 UEIr， 电压表的读数 U 增大，B 正确；又由 P1I2R1可知，R1消耗的功率 P1变小，D 错误；电容 器两板间的电压 U2UU1，U1IR1，可知 U1变小，U2变大，由场强 EU2 d ，QCU2 可知 Q、E都增大，故 A 正确，C 错误. 含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤 1.明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小. 2.分析整个回路的电阻、电流的增减. 3.分析部分电路的电压、电流如何变化. 1.(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮， 人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开

8、关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的 是( ) A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度 B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强 C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音 D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移 答案 C 解析 楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时， 灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音， C 正确. 2.(光敏电阻的特性)如图 5 所示的电路中， 电源两端的电压恒定， L 为小灯泡， R 为光敏电阻， R 和 L 之间用挡板(未画出)隔开， LED 为发光二极管(电流越大， 发出的光越强)

9、， 且 R 与 LED 间距不变，下列说法中正确的是( ) 图 5 A.当滑动触头 P 向左移动时，L 消耗的功率增大 B.当滑动触头 P 向左移动时，L 消耗的功率减小 C.当滑动触头 P 向右移动时，L 消耗的功率可能不变 D.无论怎样移动滑动触头 P，L 消耗的功率都不变 答案 A 解析 滑动触头 P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发 光增强，使光敏电阻阻值减小，灯泡的电流增大，L 消耗的功率增大，同理，触头 P 向右移 动时，L 消耗的功率减小. 3.(热敏电阻的特性)(2018 如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图 6 所示，RM是负温度 系数的热

10、敏电阻，R 是滑动变阻器，某种仪器要求在 15 27 的环境中工作.当环境温度 偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法中正确的是( ) 图 6 A.环境温度降低，RM的阻值减小 B.环境温度升高，Uab变大 C.滑片 P 向下移动时，Uab变大 D.调节滑片 P 的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度 答案 D 解析 环境温度降低时，RM变大，A 错误；环境温度升高，RM减小，Uab变小，B 错误；滑 片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C 错误；调节滑片位置能改变临界温度，D 正确. 4.(对热敏电阻、光敏电阻的认识)如图 7 所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温

11、度系 数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的 增强阻值减小；R2和 R3均为定值电阻，电源电动势为 E，内阻为 r，V 为理想电压表.若发现 电压表示数增大，可能的原因是( ) 图 7 热敏电阻温度降低，其他条件不变 热敏电阻温度升高，其他条件不变 光照减弱，其他条件不变 光照增强，其他条件不变 A. B. C. D. 答案 A 解析 此热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压 减小，通过光敏电阻的电流减小，通过 R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故 正确. 同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变时，电压表的示数减小，不符合题意，故错误. 光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增 大，故正确. 光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减 小，故错误.本题选 A.