人教版选修32 传感器及其工作原理 第1课时 教案.doc

人教版 高中物理选修3-2第6章第1节 传感器及其工作原理【知识与技能】1、知道非电学量转换成电学量的技术意义。2、通过实验，知道常见传感器的工作原理。【过程与方法】1、设计实验并熟练使用电源、灵敏电流计、干簧管、光敏元件、热敏元件等电学实验元件，培养实验设计和实验操作能力及实验观察能力。2、通过实验观察培养获取知识的能力、分析问题的能力。【情感态度与价值观】学生通过实验探究，培养热爱科学、探索未知的积极情感。【教学重难点】教学重点（1）干簧管、光敏元件、热敏元件等电学实验元件在电路中的作用。（2）设计电路。教学难点电路的设计，理解传感器工作原理及敏感元件在电路中的作用【教学过程】重难点一、传感器的核心元件、组成及分类1核心元件(1)敏感元件是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏)制成的。(2)转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。2组成传感器的一般工作过程是：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。3分类传感器按照工作原理的不同可以分为以下三类：分类工作原理举例物理传感器利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息压电传感器、温度传感器、光电传感器、电感传感器、电容传感器等化学传感器利用化学反应识别和检测信息气敏传感器、湿敏传感器等生物传感器利用生物化学反应识别和检测信号酶传感器、组织传感器、细胞传感器等【典型例题】全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，r是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，你认为电压表应该接在图中的_两点之间，按照你的接法请回答：当油箱中油量减少时，电压表的示数将_(填“增大”或“减小”)。【审题指导】【答案】b、c增大【解析】由题图可知当油箱内液面高度变化时，r的金属滑片将会移动，从而引起r两端电压的变化，且当rr时，urir可视为ur与r成正比，所以电压表应接在b、c之间，当油量减少时，电压表示数将增大。重难点二、光敏电阻和热敏电阻的应用1.如图所示，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，灯泡便熄灭盒子里有什么样的装置，才能出现这样的现象？【提示】盒子里用到了干簧管如图，把干簧管串入电路，当磁铁靠近干簧管时两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用2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？【提示】当光被物件挡住时，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，每通过一个物件就获得一次低电压，并计数一次【总结提升】1光敏电阻(1)特点：光敏电阻一般由硫化镉等半导体材料做成，无光照时载流子极少，导电性能不好，随着光照增强，载流子增多，导电性变好。(2)特性：光敏电阻的电阻随光照的增强而减小。光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻大小这个电学量。(2)光敏电阻的工作原理光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，原因是构成物质为半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好，电阻增大，随光照的增强，载流子增多，导电性能变好，电阻减小2热敏电阻(1)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比较明显，温度升高电阻减小，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(2)金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻下图为某金属导线的电阻温度特性曲线(2)金属热电阻：有些金属的电阻率随温度的升高而增大，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如铂电阻温度计。(3)二者的区别与联系：热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。相比而言，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差，而热敏电阻的灵敏度较好。(4)用途：热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中反应非常快。电子体温计及家用电器(电脑、空调、冰箱等)的温度传感器，主要使用热敏电阻。【典型例题】如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中r2为用ntc半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器r2所在处出现火情时，显示器的电流i、报警器两端的电压u的变化情况是()ai变大，u变大 bi变小，u变小ci变小，u变大 di变大，u变小【思路探究】(1)明确ntc半导体热敏材料制成的r2其电阻随温度如何变化。(2)知道r2在电路中的位置及电路结构。【答案】b【解析】当r2处出现火情时，ntc热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，u减小；电路中的总电流增大，所以r1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流i减小，b正确。重难点三、霍尔效应的原理外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电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，设知识点三霍尔元件原理图中mn方向长度为l2，则qqvb.根据电流的微观解释inqsv，整理后，得uh.令k，因n为材料单位体积的带电粒子个数，q为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以uhk.uh与b成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因【典型例题】如图所示，电流i流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为h，有一磁感应强度为b的匀强磁场，垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？【答案】下表面电势高；电势差u.【解析】因为载流子是自由电子，根据左手定则，让