2024-2025學年高中物理第六章傳感器1傳感器及其工作原理1教案新人教版選修3-2

PAGE1-第一節(jié)傳感器及其工作原理教學目標1．學問與技能了解什么是傳感器，知道非電學量轉化為電學量的技術意義；相識一些制作傳感器的元器件，知道這些傳感器的工作原理。2．過程與方法通過對試驗的視察、思索和探究，讓學生在了解傳感器、熟識傳感器工作原理的同時，經(jīng)驗科學探究過程，學習科學探討方法，培育學生的視察實力、實踐實力和創(chuàng)新思維實力。3．情感、看法與價值觀體會傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領域的種種好處，激發(fā)學生的學習愛好，拓展學生的學問視野，并加強物理與STS的聯(lián)系。通過動手試驗，培育學生實事求是的科學看法、團隊合作精神和創(chuàng)新意識。教學重點相識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。教學難點光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。教學方法試驗法、視察法、歸納法。教學手段磁鐵、干簧管、各種常見傳感器、光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件、多用電表、熱水、冷水、臺燈、投影儀等教學過程一、引入新課老師：同學們，我們剛剛參與了在安慶體育中心舉辦的2024年安徽省青少年科技創(chuàng)新大賽，這次我們最大的感受就是許多作品起先向自動化智能化方面發(fā)展。我們2024年參與在六安舉辦的青少年科技創(chuàng)新大賽的作品“防兒童高樓墜落的陽臺”就是利用各種傳感器和微電腦設計和制作的，它的作者就是我們班的榮勝、凌菲、李世騰三位同學。下面就請榮勝同學為我們介紹一下陽臺的工作原理，由李世騰同學為我們講解一下電路設計思路。1．什么是傳感器演示試驗1：如圖1所示，小盒子的側面露出一個小燈泡，盒外沒有開關，當把磁鐵放到盒子上面，燈泡就會發(fā)光，把磁鐵移開，燈泡熄滅。老師提問：盒子里有怎樣的裝置，才能實現(xiàn)這樣的限制？學生揣測：盒子里有彈性鐵質開關。師生探究：打開盒子，用實物投影儀展示盒內(nèi)的電路圖（圖2），了解元件“干簧管”的結構。探明緣由：當磁體靠近干簧管時，兩個由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，電路導通，干簧管起到了開關的作用。老師點撥：這個裝置反過來還可以讓我們通過燈泡的發(fā)光狀況，感知干簧管四周是否存在著磁場。演示試驗2：老師出示一只音樂茶杯，茶杯平放桌上時，無聲無息，提起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂，邊閃耀著五彩的光線。老師提問：音樂茶杯的工作開關又在哪里？開啟的條件是什么？學生揣測：在茶杯底部，所受壓力發(fā)生變更。試驗探究：提起茶杯，用手壓杯的底部，音樂并沒有停止。學生揣測：是由于光照強度的變更。試驗探究：用書攔住底部（不與底部接觸），音樂停止，可見音樂茶杯受光照強度的限制。師生總結：現(xiàn)代技術中，我們可以利用一些元件設計電路，它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們依據(jù)肯定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點是：把非電學量轉換為電學量以后，就可以很便利地進行測量、傳輸、處理和限制了。老師提問：試驗1中的干簧管是怎樣的傳感器，試驗2音樂茶杯中所用的元件又是怎樣的傳感器？學生回答：干簧管是一個能感受磁場的傳感器，音樂茶杯中所用的元件是能感受光照強度的傳感器。2、相識一些制作傳感器的元器件（1）光敏電阻學生試驗1：學生兩人一組，用萬用電表的歐姆擋測量一只光敏電阻的阻值，試驗分別在暗環(huán)境和強光照耀下進行。學生總結試驗結果：光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強光照耀下電阻值很小。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。老師簡潔介紹：光敏電阻在光照耀下電阻變更的緣由。有些物質，例如硫化鎘，是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增加，載流子增多，導電性變好。（2）熱敏電阻和金屬熱電阻老師提問：金屬導體的導電性能與溫度有關嗎？關系如何？學生回答：金屬導體的電阻隨溫度的上升而增大，如白熾燈鎢絲的電阻在正常工作狀況下比常溫下的電阻大得多。演示試驗4：如圖6所示，AB間接有一段鎢絲（從舊日光燈管中取出），閉合開關，燈泡正常發(fā)光，當用打火機給鎢絲加熱時，燈泡亮度明顯變暗。學生探究：鎢絲的電阻隨溫度的上升而增大。師生總結：用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。如前面已經(jīng)學過的用金屬鉑可制作精密的電阻溫度計。學生試驗2：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。第一次干脆測量，其次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上升而減小，且阻值隨溫度變更特別明顯。師生總結：半導體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。師生總結比較：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，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。（3）霍爾元件老師介紹：霍爾元件是在一個很小的矩形半導體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極E、F、M、N而成（如圖7所示）。若在E、F間通入恒定的電流I，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U。師生探討：霍爾元件的上的電壓U與電流I、磁感應強度B的關系，設霍爾元件長為a，寬為b，厚為d，則當薄片中載流子達到穩(wěn)定狀態(tài)時，，即，又因，所以，即（為霍爾系數(shù)）。因此，我們就可以依據(jù)電壓U的變更得知磁感應強度的變更。師生共析：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。三、小結傳感器是指一些能把光、力、溫度、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)和科技領域有著特別廣泛的應用。日本把傳感器技術列為上世紀八十年頭十大技術之首，美國把傳感器技術列為九十年頭的關鍵技術，而我國有關傳感器的探討和應用正方興未艾……四、作業(yè)1．視察與思索：日常生活中哪些地方用到了傳感器，它們分別屬于哪種類型的傳感器，它們的工作原理如何？2．試驗設計：用熱敏電阻、繼電器等器材設計一個火警報警器。教學反思本節(jié)課依據(jù)學生的認知規(guī)律組織教學，引入新課從生活實例入手，設置懸念，提出問題，激發(fā)學生愛好，增加學生的求知欲；在進行“什么是傳感器”的教學中留意試驗探究，引導學生從兩個試驗的探究中加以歸納，并通過DISLab系統(tǒng)顯示傳感器的優(yōu)越性，讓學生了解把非電學量轉化為電學量的技術意義；在對光敏電阻、熱敏電阻和熱電阻、霍爾元件這些制作傳感器的元器件教學中，留意將老師演示試驗與學