傳感器及其工作原理的創(chuàng)新教學設計

1、傳感器及其工作原理的創(chuàng)新教學設計教學依據(jù)物理（新人教版）選修 32第六章第1節(jié)傳感器及其工作原理（P51 P55）;新物理課程標準（實驗）.教學流程圖設計傳感器熱電阻光敏電阻半導體的導電機理利用光敏電阻設計音樂茶杯利用熱敏電阻設計火警裝置利用電容利用霍爾效應利用滑動變阻器說一說學生設計討論課堂小結1課堂小結2課外研究性課題課題第1節(jié) 傳感器及其工作原理教學目標1 .知識與技能：知道非電學量轉換成電學量的技術意義；通過實驗，知 道常見傳感器的工作原理；初步探究利用和設計簡單的傳感器 .2 .過程與方法：通過對實驗的觀察、思考和探究，讓學生了解傳感器、熟 悉傳感器工作原理； 讓學生自己設計簡單的傳

2、感器，經(jīng)歷科學探究過程， 學習科學研究方法，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力3 .情感態(tài)度與價值觀：在理解傳感器工作原理的基礎上，通過自己設計簡單 的傳感器，體驗科技創(chuàng)新的樂趣，激發(fā)學習物理的興趣重、難點1.幾種常見傳感器的工作原理（演示實驗）；2.學生自己設計簡單的傳感器.教學策略用幾個有趣的傳感器實驗引入課題，激發(fā)學生探究傳感器原理的興趣 .給出“傳感器就是把非電學量轉換為電學量”的概念之后，重點介紹光敏電阻、 金屬熱電阻、熱敏電阻.安排音樂茶杯和火警裝置兩個設計性問題讓學生體會 傳感器的簡單應用.結合電容、霍爾效應、電阻定律等知識讓學生設計傳感器， 進一步深化傳感器的工作原理.最后在對本

3、節(jié)課總結的基礎上，結合思考與討論進行教學反饋.教 學 程 序教學環(huán)節(jié)教學內容及師生互動設計情感與方法一.課題 的引入【演示實驗1】干簧管控制電路的通斷如圖，小盒子 A的側面露出一個小燈泡，盒外沒有開 關，但是把磁鐵 B放到盒子上面，燈泡就會發(fā)光，把磁鐵移 走，燈泡熄滅.師問：盒子里后怎樣的裝置，才能實現(xiàn)這樣的控制？ 生猜：（可以自由討論，也可以請學生回答）師生探究：打開盒子，用實物投影儀展示盒內的電路X_二厚（演示實驗1: 干簧管傳感器）圖，了解元件“干簧管”的結構。探明原因：玻璃管內封入 兩個軟磁性材料制成的簧片。當磁鐵靠近干簧管時，兩個簧 片被磁化而接通，電路導通。所以，干簧管能起到開關的

4、作 用。師點撥：這個裝置反過來還可以讓我們通過燈泡的發(fā) 光情況，感知干簧管周圍是否存在著磁場?！狙菔緦嶒?】聲光控開關控制電路的通斷先在普通光照條件下，（干簧管的實在把開關置于黑暗環(huán)境中。物及原理圖）師生總結：聲光控開關學生對干簧二.什么師：剛才的兩個實驗，都用了一種元件，這些元件能夠管并不熟悉，因是傳感感受某些信息，通過它能實現(xiàn)電路的自動控制，這種兀件有此才有了好奇。器？一個專門的名稱：傳感器。什么是傳感器呢？它能夠感殳諸聲光控開關在如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按生活中很普及，照一定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉換為電路的所以又有親切通斷。我們把這種元件叫做傳感器

5、。它的優(yōu)點是：把非電學感量轉換為電學量以后，就可以很方便地進行測量、傳輸、處 理和控制了。其實，傳感器并不神秘。你家里可能就有很多的傳感器。請大家相互說說看，你家里，或者在你的生活當中，都使用過，或聽說過什么樣的電器中有傳感器？生討論并交流：例如，當冰箱內的溫度高于設定值時，制冷系統(tǒng)自動啟動，而當溫度低于設定值時，制冷系統(tǒng)又會自動停止。冰箱的控制，是通過溫度傳感器實現(xiàn)的。樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過樓道時，開關自動接通，燈 就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過，開關都是斷開的，燈總是不亮，這種開關用的就是聲光傳感器。為了防止火災的發(fā)讓學生列舉生，在賓館房間的天花板上大多有一個小盒子，當房間失火師生討論

6、時它能感知出現(xiàn)的煙霧，通過電路發(fā)出警報，這個小盒子就是煙霧傳感器。其他如賓館洗手間的墻壁上干手機的濕度傳感器、電視機里換頻道的紅外傳感器、電飯鍋的溫控開關、養(yǎng)雞場里的孵化器、交警用來測駕駛員是否酒后開車的酒精氣體測試儀、磁懸浮列車里的加速度測試器、電容式話筒里的電容式傳感器、自動洗衣機里的壓力傳感器等等.可以說，傳感器的廣泛使用，豐富了我們的生活，使我們的生活更加方便、安全和舒適。三.光敏 電阻師：為了制作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來 看幾個實際的例子?？茖W漫步:【演示實驗3】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同學生完成：兩人一組，用萬用電表 （由投影儀投出表盤）的歐姆擋測量一 只

7、光敏電阻的阻值，實驗分別在室內自 然光的照射下和用手掌遮光時進行。學生總結實驗結果：光敏電阻在暗 環(huán)境下電阻值很大，強光照射下電阻值很小。師生總結：光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為 電阻這個電學量。（師）工作原理：光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。 光敏電阻是由硫化鎘制成的，硫化鎘是一種半導體材料，無 光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載 流子增多，導電性變好。學生自學：半導體的導電機理四.金屬 熱電阻和 熱敏電阻五.學生 利用光敏 電阻和熱 敏電阻自 己設計簡 單的控制 電路六.傳感 器的設計 思路探究1.電容師問：金屬導體的導電性能與溫度有關嗎？關系如何？生答：（金屬

8、導體的電阻隨溫度的升高而增大，如白熾燈 鴇絲的電阻在正常工作情況下比常溫下的電阻大得多）師生總結：用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為 金屬熱 電阻。如前面已經(jīng)學過的用金屬鉗可制作精密的電阻溫度計。（投影電阻R隨溫度變化的圖線）【演示實驗4】熱敏電阻隨溫度的升高電阻減小學生兩人一組，用萬用電表的歐姆擋測一只熱敏電阻的 阻值。第一次直接測量，第二次用手心捂住熱敏電阻再測量， 記錄兩次測得的電阻值。學生探究：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，且阻 值隨溫度變化非常明顯。師生總結1 :半導體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。師生總結2:金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個熱 學量轉換為電阻這個電學量，金屬熱

9、電阻的化學穩(wěn)定性好， 測溫范圍大，但靈敏度較差。【設計方案1】音樂盒（設計要求：蓋子打開音樂響起，蓋子 合上，音樂停止）【設計方案2】火警報警器（設計要求：溫度過高，發(fā)生警報）學生分組討論： 需要什么器材？ 提出設計方案； 學生分兩組實施組裝；討論并提出改進意見； 還可以用于生活中的哪些方面？師：（對傳感器的工作原理作階段性的小結）傳感器是 把非電學量轉換為電學量的元件，它使得某些非電學量容易 測量或者能實現(xiàn)電路的自動通斷.傳感器的應用豐富了我們的生活，使我們的生活更舒適、更安全。但從科技進步的角 度來說，傳感器的應用還只是淺層次的，更重要的是傳感器 的開發(fā)。那么，傳感器如何進行開發(fā)呢？這還得

10、從傳感器的 工作原理入手。例如，電容器電容的決定式為c S-,如4 kd何利用電容的電學量與非電學量的關系設計一個電容式傳感 器？生答：（可能提出4種方案）金屬粕（白金）的這個特性很明顯_2I1.金屬導線；2.熱敏電阻。（投影，讓學生來說）可自由討論，不一定要很完美，提出想法就是好的師：投影出四種電容式傳感器，并作原理的分析。2.霍爾元 件3.滑動變 阻器七.課堂 小結及課 外研究性 課題師：1879年美國物理學家霍爾觀察到，在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時， 導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾

11、電壓。人們利用霍爾效應做成了霍爾元 件。如圖，霍爾元件是在一個很 小的矩形半導體（例如神化錮）薄 片上，制作4個電極E、F、M、N 而成。若在E、F間通入恒定的電流II,同時外加與薄片垂直的勻強磁場B,薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏 轉，使M、N間出現(xiàn)電壓Uh。這個電壓叫霍爾電壓，其決定式為Uh k里。式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，它的 d大小與薄片的材料有關。師生共析：由上式看，一個霍爾元件的厚度 d、k為定值, 若保持I恒定，則Uh的變化就與B成正比。也就是說：霍爾 元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量。 因此，我們可以把霍爾元件放置在某一未知的磁場中，通過 測

12、定霍爾電壓U的變化得知該磁場磁感應強度的變化。師問：霍爾元件還可以有哪些方面的應用？師問：利用滑動變阻器的接入電路阻值與導線長度成正 比的原理（電阻定律 R 工）可以制成什么樣的傳感器?S生答：（學生可能分析不到位，可以作一些點撥）電容的測定：多 用電表的電容 檔師介紹：電容式 壓力傳感器、電 容式位移傳感 器、電容式角度 測試儀、電容式 電解液液面升 降測試器霍爾電壓的推 導在選修3-1 中已經(jīng)解決過， 本節(jié)課不作推 導老師解釋為什 么用霍爾元件 測微小電流比 用電流表好？學生分析：磁強 計、霍爾電流測 試器、霍爾材料 辨別分壓器、風力測 試儀、電子秤）（師點撥）傳感器是指一些能把光、力、溫

13、度、磁感應強度等非電 學量轉化為電學量或轉換為電路的通斷的元器件，它在生活、 生產(chǎn)和科技領域有著非常廣泛的應用。日本把傳感器技術列 為上世紀八十年代十大技術之首，美國把傳感器技術列為九 十年代的關鍵技術，而我國有關傳感器的研究和應用正方興 未艾，請同學們課后通過查詢資料或者向身邊的內行人 請教，了解我們生活中都在哪些方面使用了哪些傳感器以及 它們的工作原理，寫成文字稿，下節(jié)課進行交流。教學設計說明通過演示實驗引入傳感器概念，學生列舉并討論生活中的傳感器實例，重點探究光敏 電阻、金屬熱電阻和熱敏電阻的工作原理之后展開傳感器應用設計活動，在對傳感器的應教學內容及行為反思記錄用方案的總結基礎上轉入開發(fā)傳感器的創(chuàng)新思維發(fā)展階段，對本節(jié)課的教學思想進行質的升華。教后 記1、掌握了什么概念？訓 練了什么科學思維方 法？培養(yǎng)了什么科學情 感？什么是傳感器？傳感器的工作原理；傳感器的開發(fā)和應用對科技 進步的深層次的意義。2、學生以什么方式主動 參與了什么內容的研討？學生彼此介紹生活中的傳感器；學生自己設計音樂茶杯和火災報警 裝置；學生根據(jù)傳