-傳感器的應(yīng)用一教案

1、.- 傳感器的應(yīng)用 ( 一) 教案作者：日期：26.2 傳感器的應(yīng)用（一）教案【教學(xué)目標(biāo) 】1知識(shí)與技能：（1）、了解傳感器應(yīng)用的一般模式；（ 2）、理解應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用電子秤的工作原理。（ 3）、理解聲傳感器的應(yīng)用話筒的工作原理。(4) 、理解溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗的工作原理（ 5）、會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。2過(guò)程與方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)， 探究電子秤、話筒、 電熨斗等的工作原理，從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應(yīng)用，進(jìn)一步總結(jié)出傳感器應(yīng)用的一般模式。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新意識(shí)，提高物理理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的綜合實(shí)

2、踐能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn) 】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)難點(diǎn) 】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)方法 】： PPT 課件，演示實(shí)驗(yàn)，講授【教學(xué)用具 】：小型電子秤，話筒，電熨斗、示波器?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、引入新課師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類(lèi)元件。請(qǐng)大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？學(xué)生思考后回答：光敏電阻將 光學(xué)量 轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量 轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。 霍爾元件把 磁感應(yīng)強(qiáng)度這

3、個(gè)磁學(xué)量 轉(zhuǎn)化為 電壓這個(gè)電學(xué)量。這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用二、進(jìn)行新課1、傳感器應(yīng)用的一般模式師：閱讀教材開(kāi)頭幾段，然后合上書(shū)，在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。提示：一般情況下，傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，要想觸發(fā)控制電路，此信號(hào)必須進(jìn)一步放大才可以，所以需要放大電路，即放大器。生：閱讀教材并在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。執(zhí) 行傳 轉(zhuǎn)換或 儀表微 機(jī)3師：下面學(xué)習(xí)幾個(gè)傳感器應(yīng)用的實(shí)例。2力傳感器的應(yīng)用電子秤師：閱讀教材61 頁(yè)最后一段，思考并回答問(wèn)題。（ 1）電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（ 2）簡(jiǎn)述力傳感器的工作原理。（ 3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量

4、轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？生：閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。生 1：電子秤的測(cè)力裝置是力傳感器， 它是由一個(gè)金屬梁和兩個(gè)應(yīng)變片一起組成了測(cè)力部分。生 2：在金屬梁沒(méi)有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長(zhǎng)度沒(méi)變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時(shí)，金屬梁會(huì)向下彎曲， 使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長(zhǎng)， 電阻變大， 兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相等，存在差值， 控制電路就通過(guò)這個(gè)差值，經(jīng)過(guò)放大電路將差值信號(hào)放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F 的大小。生 3：應(yīng)變片能夠?qū)⑿巫冞@個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。師

5、：總結(jié)點(diǎn)評(píng)，結(jié)合板畫(huà)強(qiáng)調(diào)講解應(yīng)變片測(cè)力原理。3聲傳感器的應(yīng)用話筒師：閱讀教材62 頁(yè)有關(guān)內(nèi)容，思考并回答問(wèn)題。（ 1）話筒的作用是什么？（ 2）說(shuō)明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過(guò)程。（ 3）說(shuō)明電容式話筒的工作原理和工作過(guò)程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？（ 4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？生：閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。生 1：話筒的作用是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。生 2：動(dòng)圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場(chǎng)里振動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放

6、大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。生 3：電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N 形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R 兩端就輸出了與聲音變化4規(guī)律相同的電壓優(yōu)點(diǎn) ：保真度好。生 4：駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。師：指出： 駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場(chǎng)中，在前后兩個(gè)表面上會(huì)分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象某些電介質(zhì)在電場(chǎng)中被極化后，去掉外加電場(chǎng)， 仍然會(huì)長(zhǎng)期保持被極化的狀態(tài)，這

7、種材料稱(chēng)為駐極體師：演示實(shí)驗(yàn)：按照如圖所示的連接駐極體話筒的工作電路，話筒的輸出端經(jīng)過(guò)隔直電容接到示波器。對(duì)著話筒喊話， 觀察示波器的熒光屏上的波形， 再用另外一人同樣對(duì)話筒喊話， 比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什么不一樣。上述過(guò)程，就是話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過(guò)程。生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?，F(xiàn)象：不同的聲波信號(hào)，熒光屏上顯示的波形不同。說(shuō)明話筒產(chǎn)生的電信號(hào)是由接收到的聲波控制的。4溫度傳感器的應(yīng)用電熨斗師：溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的電熨斗就是靠溫度傳感器來(lái)控制溫度的。實(shí)驗(yàn)：取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外

8、殼，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一個(gè)U 型的雙金屬片， 雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰靠近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。生：做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。師：電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。投影：電熨斗結(jié)構(gòu)圖（如圖所示）5思考與討論：（ 1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？（ 2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？參考答案：（

9、 1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源， 停止加熱 溫度降低后， 雙金屬片恢復(fù)原狀， 重新接通電路加熱， 這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用（ 2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降， 從而改變觸點(diǎn)接觸的難易， 達(dá)到控制在不同溫度的目的拓展：溫度傳感器的另一應(yīng)用電冰箱的溫控裝置如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)， 銅質(zhì)的測(cè)溫泡 1，細(xì)管 2 和彈性金屬膜盒 3 連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，

10、構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器， 膜盒 3 為扁圓形，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體與彈簧片4 連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹， 測(cè)溫泡 1 安裝在冰箱的冷藏室中。 5、 6 分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7 的兩端分別連接到彈簧片4 盒連桿 9 上。連桿 9 的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪 8 是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7 的拉力。自動(dòng)控溫原理：如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3 連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器，膜盒為扁圓形，右表面固定，左表面通過(guò)小柱體

11、與彈簧片4 連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡1 安裝在冰箱的冷藏室中。5、 6 分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧 7 的兩端分別連接到彈簧片和連桿9 上，連桿 9 的下端裝在機(jī)箱上的軸，凸輪 8 是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧7 的拉力。 當(dāng)冷藏室里的溫度升高時(shí)， 1、 2、 3 中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒3 的左端膨脹，推動(dòng)彈簧片4向左轉(zhuǎn)動(dòng)，使5、 6 接觸，控制的壓縮機(jī)電路開(kāi)始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定程6度，氯甲烷受冷收縮， 5、 6 又分開(kāi)，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再重復(fù)上述過(guò)程。溫度設(shè)定原理：將凸輪

12、8 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9 向右頂，使得彈簧7 彈力增大，此時(shí)要將5、 6 觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高一些，即溫控?fù)鯌?yīng)低一些（例如 1 級(jí)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)凸輪8，控制的溫度低一些，控溫?fù)跻咭恍?。（三）典型例題例 1.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為 2.0 kg 的滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器 a、b 上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上，傳感器b 在前，傳感器a 在后汽車(chē)靜止時(shí)，傳感器a、b

13、在的示數(shù)均為 10 N （取 g= 10 ms2）（1）若傳感器a 的示數(shù)為14 N、b 的示數(shù)為6.0 N ，求此時(shí)汽車(chē)的加速度大小和方向（ 2）當(dāng)汽車(chē)以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a 的示數(shù)為零分析： 傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大小解：（ 1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力F1=14N ，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力F 2=6.0 N 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有F1 F2ma1得 a1 4 m/s2a1 與 F 1 同方向，即向前（向右） （2）a 傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)

14、彈簧的彈力F1 0 ，因兩彈簧相同，左彈簧伸長(zhǎng)多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镕220 N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得 F2ma2 ， a2=10m/s 2，方向向左例 2、如圖 5 是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)7生變化， 導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)振 動(dòng)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩金 屬板間的（ A）（ A）距離變化金 屬（ B）

15、正對(duì)面積變化外 電（C）介質(zhì)變化圖（D）電壓變化例 3. . 如圖 9 所示是一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖。薄金屬片P固定有 4個(gè)電阻 R1、R2、 R3、 R4（如圖10 所示），左邊是它的側(cè)面圖這四個(gè)電阻連接成電路如圖11 所示，試回答下列問(wèn)題：（ 1）開(kāi)始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無(wú)示數(shù)，則4 個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系？（ 2）當(dāng) O點(diǎn)加一個(gè)壓力 F 后發(fā)生形變，這時(shí) 4 個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻大小如何變化？（ 3）電阻變化后，電阻的A、 B 兩點(diǎn)哪點(diǎn)電壓高？它為什么能測(cè)量電壓？PPR1BR2OR1VR3R4FOAR R23圖 9圖 10R4圖 11(

16、 提示：當(dāng) O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上的（由上圖） ，因此 R1、 R4 被拉長(zhǎng)， R2、 R3 被拉寬。 )解析：（ 1）本題是電路中A、 B 兩點(diǎn)間電壓與4 個(gè)電阻的關(guān)系，由于電壓表的電阻可看作無(wú)窮大，因此本電路是1、 2的串聯(lián)電路與3、 4 的串聯(lián)電路并聯(lián)，伏特表電路相當(dāng)于RRRR一根電橋，要使伏特表無(wú)讀數(shù)，即A、 B 兩點(diǎn)電勢(shì)相等則有：R/R= R/R或 RR=RR。12341423（ 2）當(dāng) O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上的（由上圖），因此 R1、 R4 被拉長(zhǎng)， R2、 R3 被拉寬，根據(jù)電阻定率，則R

17、1、 R4 增大， R2、 R3 減小，顯然，這時(shí) A、B 兩點(diǎn)電壓不再相等。（3）電阻增大，電壓降增大，電阻減小，電壓降減小，故在1、2 的串聯(lián)電路上1 上的電RRR壓降增大， R3、R4 串聯(lián)電路上 R3 電壓降減小，所以A 點(diǎn)電壓高于 B 點(diǎn)電壓。測(cè)量血壓時(shí)，血壓越高，壓力 F 越大，金屬片形變?cè)斤@著，電阻變化越大，因而電壓表示數(shù)越大，于是就能根據(jù)電壓表示數(shù)的大小來(lái)測(cè)量血壓的高低了。當(dāng)然在實(shí)際上由于金屬片形變較小，所以電阻變化也較小， A、 B 兩點(diǎn)間電壓還要經(jīng)過(guò)放大才能通過(guò)電表指示出來(lái)，有的還可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示出來(lái)?！菊n堂總結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題：力傳感器的應(yīng)用電子秤傳感器的應(yīng)用聲傳感器的應(yīng)用話筒溫度傳感器的應(yīng)用