《传感器及其工作原理》_教学设计——邱建华.doc

传感器及其工作原理教学设计【教学依据】物理（新人教版）选修32第六章第1节传感器及其工作原理（P51P55）；新物理课程标准（实验）.【教学目标】1知识与技能：（1）了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；（2）通过实验知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。（3）初步探究利用和设计简单的传感器2过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。3情感、态度与价值观（1）体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。（2）通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。【学习重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。【学习难点】：学生自己设计简单的传感器。【学习方法】：实验、探究、讨论【教学用具】：干簧管、磁铁、光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表、多媒体课件。【教学思路】：用几个有趣的传感器实验引入课题，激发学生探究传感器原理的兴趣，给出“传感器就是把非电学量转换为电学量”的概念之后，重点介绍光敏电阻、金属热电阻、热敏。安排音乐茶杯让学生体会传感器的简单应用。结合电容、霍尔效应、电阻定律等知识让学生设计传感器，进一步深化传感器的工作原理。最后在对本节课总结的基础上，结合思考与讨论进行教学反馈。【教学过程】一、引入新课准备知识：从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。【教学手段】利用课件展示实物图二、新课教学【演示实验1】干簧管控制电路的通断 如图，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭. 师问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答）师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。探明原因：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，电路导通。所以，干簧管能起到开关的作用。师点拨：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。【演示实验2】声光控开关控制电路的通断先在普通光照条件下，在把开关置于黑暗环境中。 师生总结：声光控开关【设计用意】学生对干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。声光控开关在生活中很普及，所以又有亲切感师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动控制，这种元件有一个专门的名称：传感器。什么是传感器呢？1、 传感器：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。 优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 其实，传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传感器。请大家相互说说看，你家里，或者在你的生活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传感器？生讨论并交流：例如，当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启动，而当温度低于设定值时，制冷系统又会自动停止。冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管是否有人经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现的烟雾，通过电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器。其他如宾馆洗手间的墙壁上干手机的湿度传感器、电视机里换频道的红外传感器、电饭锅的温控开关、养鸡场里的孵化器、交警用来测驾驶员是否酒后开车的酒精气体测试仪、磁悬浮列车里的加速度测试器、电容式话筒里的电容式传感器、自动洗衣机里的压力传感器等等.可以说，传感器的广泛使用，丰富了我们的生活，使我们的生活更加方便、安全和舒适。教师提问：实验1中的干簧管是怎样的传感器，实验2声光控开关又是怎样的传感器？学生回答：干簧管是一个能感受磁场的传感器，声光控开关所用的元件是能感受光照强度和声音强度的传感器。2、传感器的工作原理如下图所示：非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量欧姆表二、认识一些制作传感器的元器件（一）探究光敏电阻的特性光敏电阻学生实验1：学生五人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。、将光敏电阻与万用表的欧姆档按右图所示连成电路、将光敏电阻受光面置于有光线照射的地方，观察万用表的读数，把光敏电阻的阻值填入现表中。光敏电阻光照情况较亮稍暗较暗黑暗光敏电阻的阻值（）、用黑纸片将光敏电阻的透光窗口的遮住，移动黑纸片，使光敏电阻受到的光线出现较亮、稍暗、较暗、黑暗几种情况，观察几种情况下光敏电阻的阻值变化，并把相应的阻值填入下表。、结论：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。师生总结：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。简单介绍：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。学生自学：半导体的导电机理 科学漫步：（二）探究金属热电阻和热敏电阻的特性提问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？回答：金属导体的电阻随温度的升高而增大，如白炽灯钨丝的电阻在正常工作情况下比常温下的电阻大得多。【演示实验3】：如图6所示，AB间接有一段钨丝（从旧日光灯管中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时，灯泡亮度明显变暗。学生探究：钨丝的电阻随温度的升高而增大。师生总结：用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。学生实验2：学生五人一组，探究热敏电阻的阻值大小与温度的关系。欧姆表热敏电阻实验器材：NTC热敏电阻，万用表，温度计，水杯，凉水和热水。实验方案：按照如图所示的电路将热敏电阻接入电路，将万用表选择开关置于欧姆档，用温度计测量温度，用万用表测量不同温度下的电阻。实验步骤：、按上述电路连接电路、取半杯热水，将热敏电阻及温度计放入热水中、同时测量并记录水温和电阻值、倒入少许冷水，改变杯中的水温，在同时测量水温和电阻值，填入下表：实验数据：次数12345温度（）电阻（）实验结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。师生总结：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。师生总结比较：金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。【学生活动】学生利用光敏电阻和热敏电阻自己设计简单的控制电路【设计方案】音乐盒（设计要求：盖子打开音乐响起，盖子合上，音乐停止）学生分组讨论：需要什么器材？提出设计方案；学生分两组实施组装；讨论并提出改进意见；还可以用于生活中的哪些方面？（三）霍尔元件教师介绍：霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成（如图7所示）。若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压U。师生讨论：霍尔元件的上的电压U与电流I、磁感应强度B的关系，设霍尔元件长为a，宽为b，厚为d，则当薄片中载流子达到稳定状态时，即，又因，所以，即（为霍尔系数）。因此，我们就可以根据电压U的变化得知磁感应强度的变化。师生共析：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。 （四）电容式传感器的原理1、 决定电容器电容的因素：、d、S2、 介绍常见的电容器及工作原理待测压力F固定电极膜片电极电介质金属芯线导电液体x极板极板电介质定片动片3、作用：力学量转化为电容【课堂小结】1.传感器的概念：非电学量电学量，或转换为电路的通断。1. 传感器的工作原理非电学量敏感元件转换电路电学量2. 敏感元件（1） 光敏电阻 （光电传感器）（2） 热敏电阻和热电阻 (温度传感器)（3） 霍尔元件（磁传感器）（4） 电容式传感器 （位移传感器）教学设计说明通过演示实验引入传感器概念，学生列举并讨论生活中的传感器实例，重点探究光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻的工作原理之后展开传感器应用设计活动，在对传感器的应用方案的总结基础上转入开发传感器的创新思维发展阶段，对本节课的教学思想进行质的升华。【布置作业】1观察与思考：日常生活中哪些地方用到了传感器，它们分别属于哪种类型的传感器，它们的工作原理如何？2实验设计：用热敏电阻、继电器等器材设计一个火警报警器。3.P55，思考与练习2题完成填表。【板书设计】第一节：传感器及其工作原理1、 传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件。非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量2、 传感器的优点：把非电学量转换为电学量，很方便地进行测量、传输、处理和控制。3、 传感器的工作原理：4、 认识一些制作传感器的元器件（1） 光敏电阻：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。 作用：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。（2） 热敏电阻：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。 作用：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。（3） 霍尔元件：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。（4） 电容式传感器：力学量转化为电容【教后反思】:学生对传感器的知识比较陌生，在教学的过程中通过实物、图片、课件、动画等途径多方位增加学生的感性认，提高了学生学习兴趣，增加了学生求知欲。部分学生对传感器已经有了一些认识，教学中充分调动这部分学生的思维，积极回忆和联想生活中传感器实例，带动全体同学，让他们感觉到