第二届东芝杯教案 陕西师大物理教案-光电传感器的工作原理.doc

光电传感器的工作原理教学设计【课题】 光电传感器的工作原理【教材】 山东科学技术出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2第五章第二节【教材分析】鲁科版普通高中课程标准物理教材选修3-2，贯彻落实了普通高中物理课程标准（实验）中对选修3系列的设计要求，即侧重“让学生较全面地学习物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想和方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响”。将内容划分为电磁感应、交变电流和传感器三个二级主题。物理课程理念要求课程内容加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系。传感器作为信息采集的重要元件，在自动控制和信息处理技术中发挥着重要的作用，与人们的生活联系越来越紧密，因此，传感器的学习显得尤为重要。由于传感器的学习需要电磁学知识为基础，鲁科版教材将其放在电磁学部分的最后较为合适。教材对传感器部分采取的是“从一般到特殊”的编写思路。第一节“揭开传感器神秘的面纱”从总体上介绍了什么是传感器、传感器的分类以及传感器的一般结构，使学生初步建立起对传感器的整体认识；第二节“常见传感器的工作原理”一般结构的框架下，具体分析了光电传感器和温度传感器两种常见传感器的工作原理；第三节“大显身手的传感器”介绍了传感器在生活中的具体应用。【内容分析】“光电传感器的工作原理”是第二节的第一课时，其内容包括相互紧密联系层层深入的三个部分：第一部分，以光电传感器的一个具体应用光电报警装置为载体给出光电传感器的一般结构；第二部分，实验探究光电传感器的核心部件光敏电阻的特性并简单介绍光电传感器中其它元件；第三部分，分析光电传感器的原理。普通高中物理课程标准（实验）对“传感器”这部分的要求是“知道非电学量转换为电学量的技术意义；通过实验知道传感器的工作原理；列举传感器在生产和生活中的应用”，活动建议提出“利用传感器制作简单的自控装置”。因此，本节课的主要教学任务应是：通过探究实验使学生了解光敏电阻的特性，知道把非电学量转换成电学量的途径和方法，进而掌握光电传感器的工作原理。在学生活动中，利用猜想假设、设计实验、收集处理信息、交流评估等手段，使学生经历科学探究的过程，培养和提高学生的科学思维和实验能力。课后活动要求学生利用传感器制作简单的自控装置。除了通过探究使学生知道光电传感器的原理外，还着眼于学生的发展，通过本节课的教学活动，激发学生自主探究其它传感器原理的兴趣。【学生分析】传感器已经应用到生活和生产的方方面面，如生活中的电视遥控接收器、电冰箱、声控电灯、光控电灯、电饭锅、话筒等；工业生产用的红外探测仪、自动报警器、恒温烘箱、光电计数器、涂料添加器等都用到了传感器。通过第一节课的学习，学生对传感器已有一些浅显的认识。但是这些传感器是如何工作的，学生还不是完全了解。高二学生对新奇的物理现象具有较强的好奇心和求知欲，学习物理的兴趣中心已由了解怎样改变物理现象发展到进一步探求物理现象变化的原因，探究它的物理实质上，面对种类繁多的传感器，学生会产生探究其工作原理的欲望。因此，教学中创设有趣的物理情境，容易激发学生学习的兴趣。在学习本章内容之前，学生学习了电磁学知识，逻辑思维能力也得到了较大的发展，经过努力完全能够学习并掌握这节课的内容，但高中学生知识储备及认知能力有限，因此在光敏电阻特性研究部分不宜涉及过深，应依据上节课所讲的传感器的一般结构，将重点放在光电传感器原理的整体把握上，以提高教学质量。【教学目标】（一）知识与技能1了解光电传感器的概念和干簧管的工作原理；2知道光敏电阻的特性；3. 掌握光电传感器的工作原理。（二）过程与方法1经历“光敏电阻特性”的科学探究过程，认识科学探究的基本要素；2通过探究活动，学习收集和处理实验信息的一般方法； 3通过交流活动，形成相互评估和听取反馈意见的意识，发展学生信息交流和评估的能力；4通过对光电传感器原理的探究，学习从一般到特殊的研究方法。（三）情感、态度、价值观1体验科学探究的乐趣和成功的快乐； 2通过动手实验，使学生形成实事求是的科学态度，增强其团队合作精神和创新意识；3通过对音乐水杯的分析与研究，关注物理与生活、生产的密切联系，体会物理学的重要性。【教学重点】 1光敏电阻的特性；2光电传感器的原理。【教学难点】 光敏电阻的特性【教学方法】 情景教学、启发引导、实验探究、讲授演播【学习方法】 教师引导下的自主探究、交流合作，逻辑推理【教学器材】教具：自制音乐水杯一个、白纸一张。学具：各小组每小组多用表一只、光敏电阻一个、不同亮度的手电筒三个，透光程度不同的薄膜三张。【教学过程】教学过程教师活动学生活动设计意图一、创设物理情境，引入新课二、新课教学1了解光电传感器2.认识光敏电阻3探究光敏电阻特性（1）引导学生提出猜想（2）引导学生设计实验（3）引导学生进行实验（4）师生共同交流小结4.学习光电传感器的工作原理三课堂小结四课后作业引导学生复习上节课学习的内容：什么是传感器，传感器的分类。PPT展示不同种类的传感器，各种各样的物理传感器图片。引导学生观察利用物理传感器做成的音乐水杯，思考水杯可能用到了哪类物理传感器。演示:1.拿出一只音乐水杯，用白纸挡住底部（不与底部接触）。2.把白纸移开，响起悦耳的音乐。用白纸挡住底部，音乐停止。边实验边引导学生发现传感器在杯子底部。提问：杯子能响起音乐是受什么条件控制的？通过实验引导学生发现音乐水杯受光照强弱的控制。提问：音乐水杯底部的传感器应该是哪类传感器？引导学生结合传感器概念得出光电传感器的概念。提问：光电传感器是怎样实现光信号到电信号转换的呢？引导学生回忆上节课所学的传感器的一般结构。PPT给出传感器的一般结构图。引导学生对照结构图，分析音乐水杯中光电传感器的组成。提问：光电传感器是把哪个非电学量转换成了电学量？继续引导学生分析传感器结构。提问：敏感元件是传感器的核心，音乐水杯里的敏感元件又是什么呢？ 指出音乐水杯里的敏感元件是光敏电阻。PPT展示常见光敏电阻的图片及光敏电阻放大结构图。引导学生观察，简单介绍光敏电阻的结构。提问：光敏电阻有这样特殊的结构，那它有什么特性呢？提示学生结合观察到的音乐水杯的现象，提出猜想。以学生猜测结果为实验目的引导学生讨论所需器材。1.观察阻值变化，需要什么器材？2.改变光照强弱，需要什么器材？3.如果选用同一光源，间接改变光照强弱，需要什么材料？提示学生可以在光源和光敏电阻间加一些透光程度不同的材料。提问：根据实验器材，能设计出哪些实验方案呢？引导学生注意“控制变量法”在实验中的应用：设计实验时注意选择一个固定的光敏电阻，只改变光照强度。引导学生选用不同的仪器材料达到所需光照强弱变化的要求，以获得多种方案。评价两种方案：都可以满足实验要求，可任选其中一种方案进行实验。巡视、指导学生进行实验。强调实验中应注意从光照强度的由强到弱或由弱到强来进行实验，并注意实验数据记录的准确性。请选用不同方案的两个小组展示实验数据及得到的结论。引导学生对比不同方案的实验结论。总结光敏电阻的特性：光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大。引导学生思考：光敏电阻为什么会有这样的特性呢？PPT链接至光敏电阻的结构图，说明光敏电阻结构中金属硫化物这类半导体材料的特殊性。给出一组数据说明光照强时和光照弱时光敏电阻的阻值差距很大，引导学生分析光敏电阻在电路里的作用。PPT链接至传感器的一般结构中。引导学生发现转换元件也是光敏电阻。PPT展示音乐水杯底部电路。简单介绍转换电路中干簧管继电器的原理。说明此转换电路的作用是为了稳压。了解了传感器各组成部分的功能后，总结传感器的工作流程。PPT链接至传感器的一般结构，完成音乐水杯中光电传感器在传感器一般结构中的具体对应。引导学生回顾本节课内容。查阅温度传感器资料，依据传感器的一般结构，要求学生自己制作一个在水温达到60度附近时会自动响起音乐的音乐水杯。回忆传感器的概念及分类。 看图片，感受种类繁多的物理传感器。观察音乐水杯，思考观察到的现象是什么原因造成的。通过观察实验现象猜想：光控制了音乐水杯。 对照PPT中物理传感器的种类猜测：光电传感器。回忆传感器的一般结构图。 看图片。结合音乐水杯实验得出：把光转换成了电学量。思考，可能是对光比较敏感的元件。 学生看图片，了解光敏电阻。 猜测：光照强弱影响电阻阻值的变化。学生思考，说出可能需要的器材。思考讨论，设计实验学生展示设计方案：方案一：将光敏电阻接到多用电表的两端，并将电表调至欧姆档，用不同亮度的光源照射光敏电阻，探究不同亮度的光与电阻大小的关系。方案二：用同一个电源照射光敏电阻，通过改变遮挡电阻的薄膜的透光程度从而改变电阻接收到的光照强度，探究两者关系。根据提供的器材，任选一种方案，两人一小组进行实验，并将实验数据记录在课本99页的表格中。不同小组展示实验数据，分析记录的数据，总结出光敏电阻随光照强弱变化的特点。观察，对比。发现是光敏电阻的特殊材料使光敏电阻有了这样的特性。通过数据，发现光敏电阻可以充当开关。观察电路，发现未知器件，猜测是转换电路器件。学生了解音乐水杯的整个工作过程。和教师一起小结本节课的学习内容：1. 光敏电阻的特性：光敏电阻的阻值随着光照地减弱而增强。2. 光电传感器的工作原理。复习上节课内容，巩固知识，并为本节课做准备。有趣的小制作，激发学生学习兴趣。培养学生观察能力。使学生能够在系统知识框架下应用分析新知识。培养学生分析问题的能力。通过猜想使学生于主动参与到学习过程中，通过现象分析物理规律。让学生自主设计实验，提高其动手能力和交流合作的能力。提供多种器材，使学生学会运用多种方法解决问题。培养学生的观察能力、动手能力、交流合作能力、用多种方法解决问题的能力。锻炼学生的概括总结能力。类比旧知识。培养观察分析能力。 提高学生观察分析能力。让学生整理、回忆本节课的收获，建构光电传感器整体的知识体系。重新回到课前情景，提出新问题，引发学生思考，并为下节课做铺垫。【板书设计】5.2 光电传感器的工作原理一、光电传感器：把光信号转换成电信号的装置。二、光敏电阻的特性：电