传感器的应用教学设计(物理-2)

：传感器的应用教学设计王小云【教学目标】1．知识与技能：（1）、了解传感器应用的一般模式；（2）、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。（3）、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理。(4)、理解温度传感器的应用――电饭锅的工作原理（5）、理解光电传感器的应用――火灾报警器的工作原理。2．过程与方法：通过实验结合物理学的知识，探究电子秤、电熨斗、电饭锅、火灾报警器等的工作原理，从而了解力传感器、温度传感器、光传感器的一般应用，理解传感器应用的一般模式。3．情感、态度与价值观激发学生的学习兴趣，培养动手能力，提高创新意识，提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。【教学重点】：各种传感器的应用原理及结构。【教学难点】：各种传感器的应用原理及结构。【教学方法】：PPT课件，演示实验，视频，讲授【教学用具】：小型电子秤，电饭锅，电熨斗。【教学过程】一、引入新课师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？学生思考后回答：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。播放视频：智能洗澡这节课我们来学习传感器的应用二、进行新课1、传感器应用的一般模式师：阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。提示：一般情况下，传感器产生的信号非常微弱，要想触发控制电路，此信号必须进一步放大才可以，所以需要放大电路，即放大器。生：阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。传感器传感器转换或放大电路执行机构仪表显示微机系统师：下面学习几个传感器应用的实例。2．力传感器的应用——电子秤师：阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？生：阅读教材，思考并回答问题。生1：电子秤的测力装置是力传感器，它是由一个金属梁和两个应变片一起组成了测力部分。生2：在金属梁没有力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端的电压也减小，使得两应变片两端电压值不相等，存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力F的大小。生3：应变片能够将形变这个力学量转化为电阻这个电学量。师：总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理。3．温度传感器的应用——电熨斗师：温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验：取一个报废的日光灯启辉器，去掉外壳，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一个U型的双金属片，双金属片的旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点，常温下触点是分离的，用火焰靠近金属片，可以看到双金属片的形状变化，与金属丝接触，熄灭火焰，双金属片逐渐恢复原状，两个触点分离。把这个启动器用到温控开关，可以控制小灯泡的亮和灭。师：电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示）思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？参考答案：（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．4、温度传感器——电饭锅电饭锅的主要部件铁氧体，它的特点是常温下，具有铁氧体，能够被磁铁吸引，但是温度上升到约为103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。我们把103℃就叫做该材料的居里温度或居里点。手动开关手动开关接线螺丝触点永磁铁电热板内胆底转轴感温铁氧体师：阅读教材开头几段，然后合上书。问题：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？生：随着温度的升高，铁氧体逐渐失去磁性，当温度升高到103℃以上时，铁氧体完全失去磁性，不吸引任何物体了思考与讨论：（1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？（3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？（4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？生1：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。生2：水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。生3：饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．生4：如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。5光传感器的应用——火灾报警器师：许多会议室、宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器，火灾报警器是光传感器应用的又一实例。师：引导学生阅读教材有关内容，思考并回答有关问题。师：以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。生：报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．师：实验：把光敏电阻、多用表的直流电流档和干电池按照图甲连成电路，对光照的强度进行比较性测量。光敏电阻受到的光照越强，电路中的电流越大。白天，将它放在教室中适合阅读的地方，记下电流表的读数，晚上，用它来测灯光对书桌的照明。比较两者的差别。还可以按照图乙，把光敏电阻R的引脚穿过硬泡沫塑料板Z而固定，再罩上内壁涂黑、长度足够的遮光简T，避免杂散光的干扰然后分别把不同的光源L（如蜡烛、几种不同功率的白炽灯泡、日光灯管等）都放在与光敏电阻相同距离（例如1m）的位置，比较它们的亮度。这个实验也可以用硅光电池来做。由于光电池在受到光照时可以自己产生电动势，所以电路中不用电源。视频：机器人【课堂总结】本节课主要学习了以下几个问题：力传感器的应用——电子秤传感器的应用温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅光传感器的应用——火灾报警器【板书设计】第二节：传感器的应用传感器转换或放大电路执行机构传感器转换或放大电路执行机构仪表显示微机系统力传感器的应用——电子秤