2024-2025學(xué)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(xué)目標(biāo)1．學(xué)問與技能了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義；相識(shí)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(duì)試驗(yàn)的視察、思索和探究，讓學(xué)生在了解傳感器、熟識(shí)傳感器工作原理的同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探討方法，培育學(xué)生的視察實(shí)力、實(shí)踐實(shí)力和創(chuàng)新思維實(shí)力。3．情感、看法與價(jià)值觀體會(huì)傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種好處，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好，拓展學(xué)生的學(xué)問視野，并加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。通過動(dòng)手試驗(yàn)，培育學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)看法、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)相識(shí)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(xué)難點(diǎn)光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。教學(xué)方法試驗(yàn)法、視察法、歸納法。教學(xué)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(tái)燈、投影儀等教學(xué)過程一、引入新課老師：同學(xué)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(dòng)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(yáng)臺(tái)”就是利用各種傳感器和微電腦設(shè)計(jì)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(xué)。下面就請(qǐng)榮勝同學(xué)為我們介紹一下陽(yáng)臺(tái)的工作原理，由李世騰同學(xué)為我們講解一下電路設(shè)計(jì)思路。1．什么是傳感器演示試驗(yàn)1：如圖1所示，小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒有開關(guān)，當(dāng)把磁鐵放到盒子上面，燈泡就會(huì)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(shí)現(xiàn)這樣的限制？學(xué)生揣測(cè)：盒子里有彈性鐵質(zhì)開關(guān)。師生探究：打開盒子，用實(shí)物投影儀展示盒內(nèi)的電路圖（圖2），了解元件“干簧管”的結(jié)構(gòu)。探明緣由：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，電路導(dǎo)通，干簧管起到了開關(guān)的作用。老師點(diǎn)撥：這個(gè)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(chǎng)。演示試驗(yàn)2：老師出示一只音樂茶杯，茶杯平放桌上時(shí)，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(guān)又在哪里？開啟的條件是什么？學(xué)生揣測(cè)：在茶杯底部，所受壓力發(fā)生變更。試驗(yàn)探究：提起茶杯，用手壓杯的底部，音樂并沒有停止。學(xué)生揣測(cè)：是由于光照強(qiáng)度的變更。試驗(yàn)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(qiáng)度的限制。師生總結(jié)：現(xiàn)代技術(shù)中，我們可以利用一些元件設(shè)計(jì)電路，它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們依據(jù)肯定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很便利地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和限制了。老師提問：試驗(yàn)1中的干簧管是怎樣的傳感器，試驗(yàn)2音樂茶杯中所用的元件又是怎樣的傳感器？學(xué)生回答：干簧管是一個(gè)能感受磁場(chǎng)的傳感器，音樂茶杯中所用的元件是能感受光照強(qiáng)度的傳感器。2、相識(shí)一些制作傳感器的元器件（1）光敏電阻學(xué)生試驗(yàn)1：學(xué)生兩人一組，用萬用電表的歐姆擋測(cè)量一只光敏電阻的阻值，試驗(yàn)分別在暗環(huán)境和強(qiáng)光照耀下進(jìn)行。學(xué)生總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果：光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照耀下電阻值很小。師生總結(jié)：光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。老師簡(jiǎn)潔介紹：光敏電阻在光照耀下電阻變更的緣由。有些物質(zhì)，例如硫化鎘，是一種半導(dǎo)體材料，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增加，載流子增多，導(dǎo)電性變好。（2）熱敏電阻和金屬熱電阻老師提問：金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)嗎？關(guān)系如何？學(xué)生回答：金屬導(dǎo)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(yàn)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(guān)，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時(shí)，燈泡亮度明顯變暗。學(xué)生探究：鎢絲的電阻隨溫度的上升而增大。師生總結(jié)：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(xué)過的用金屬鉑可制作精密的電阻溫度計(jì)。學(xué)生試驗(yàn)2：學(xué)生兩人一組，用萬用電表的歐姆擋測(cè)一只熱敏電阻的阻值。第一次干脆測(cè)量，其次次用手心捂住熱敏電阻再測(cè)量，記錄兩次測(cè)得的電阻值。學(xué)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(jié)：半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。師生總結(jié)比較：金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)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(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)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(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，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(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系，設(shè)霍爾元件長(zhǎng)為a，寬為b，厚為d，則當(dāng)薄片中載流子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，，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(yīng)強(qiáng)度的變更。師生共析：霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。三、小結(jié)傳感器是指一些能把光、力、溫度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元器件，它在生活、生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有著特別廣泛的應(yīng)用。日本把傳感器技術(shù)列為上世紀(jì)八十年頭十大技術(shù)之首，美國(guó)把傳感器技術(shù)列為九十年頭的關(guān)鍵技術(shù)，而我國(guó)有關(guān)傳感器的探討和應(yīng)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(yàn)設(shè)計(jì)：用熱敏電阻、繼電器等器材設(shè)計(jì)一個(gè)火警報(bào)警器。教學(xué)反思本節(jié)課依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律組織教學(xué)，引入新課從生活實(shí)例入手，設(shè)置懸念，提出問題，激發(fā)學(xué)生愛好，增加學(xué)生的求知欲；在進(jìn)行“什么是傳感器”的教學(xué)中留意試驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生從兩個(gè)試驗(yàn)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(xué)生了解把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義；在對(duì)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(xué)中，留意將老師演示試驗(yàn)與學(xué)