学年高中物理下学期第一周 传感器 温度传感器和光传感器教学设计.docx

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学年高中物理下学期第一周传感器温度传感器和光传感器教学设计

亲爱的同学：

这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……

传感器　温度传感器和光传感器

课题

第三章1.传感器　温度传感器和光传感器

课时

1

考点、知识点

认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。

学习目标

1.知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理

2.知道光敏电阻特点及作用

3.掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别

4.理解霍尔元件的原理及作用会用得各类元件（热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等）设计简单的控制电路

重、难点

光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理

学习环节和内容

学生活动建议

教师活动建议

调整记录

【基础过关】

一、传感器

[导学探究]　当你走进一座大楼时，大堂的自动门是如何“看到”你而自动打开的？

答案　人体发出的红外线被传感器接收后传给自动控制装置的电动机，实现自动开关门．

[知识梳理]　传感器的定义及结构

（1）传感器通常是把被测量的非电信息（如力、温度、光、声、化学成分），按一定规律转换成与之对应的电信息的器件或装置．

（2）结构：

―→

[即学即用]　（多选）传感器担负着信息采集的任务，它可以（　　）

A．将力学量（如形变量）转变成电学量

B．将热学量转变成电学量

C．将光学量转变成电学量

D．将电学量转变成力学量

答案　ABC

解析　传感器是将所感受到的不便于测量的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的物理量（一般是电学量）的一类元件，故选项A、B、C对，D错．

二、敏感元件的原理

[导学探究1]　如图1所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将多用电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央．若在RT上擦一些酒精，表针将如何摆动？

若用吹风机将热风吹向电阻，表针将如何摆动？

图1

答案　由于酒精蒸发，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻RT温度升高，电阻值减小，指针将向右偏．

[导学探究2]　干簧管的结构如图2所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．将干簧管接入电路．把磁铁靠近或远离干簧管，观察电路中所发生的现象．总结干簧管是如何工作的？

图2

答案　把磁铁靠近干簧管时，簧片在磁场的作用下会磁化为异名磁极相对的磁铁．当磁力大于簧片的弹力时，两者紧密地接触，电路连通，灯亮．

三、温度传感器和光传感器

（一）热敏电阻和金属热电阻

[导学探究]　如图3所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属．

图3

（1）常温下，电熨斗的上、下触点应当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）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？

答案　

（1）常温时，电熨斗的上、下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热，当温度过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热．当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．

（2）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋，反之熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．

[知识梳理]　热双金属片、热敏电阻和金属热电阻的特点

（1）热双金属片温度传感器是由两种膨胀系数相差较大的不同金属片焊接或轧制成一体后组成．它对温度的感知表现为热双金属片的形变，可以用它控制电路的通断．

（2）热敏电阻：

用半导体材料制成．按热敏电阻阻值随温度变化的规律，热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻．

①正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大．

②负温度系数的热敏电阻（如氧化锰热敏电阻）随温度升高电阻减小．

（3）金属热电阻：

金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻．

[即学即用]　如图4所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时（　　）

图4

A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大

C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱

答案　C

解析　R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．

（二）光传感器

[导学探究]　如图5所示是火灾报警器的内部结构，它由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．

图5

答案　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．

[知识梳理]　光敏电阻的特点及工作原理

光敏电阻是用半导体材料（如硫化镉）制成的．它的特点是光照越强，电阻越小．它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．

[即学即用]　如图6所示是会议室和宾馆刻意的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是（　　）

图6

A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报

B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

C．进入罩内的烟雾对光的散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

D．以上说法均不正确

答案　C

解析　由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．

一、对传感器的认识

例1　如图7是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．在装置中使用了一只电压表（图中没有画出），通过观察电压表示数，可以了解油量情况．

图7

（1）你认为电压表应该接在图中的________两点之间，按照你的接法请回答：

当油箱中油量减少时，电压表的示数将________（选填“增大”或“减小”）．

（2）将电压表分别接在b、c之间与c、d之间，当油量变化时，电压表的示数变化有何不同？

解析　

（1）由题图可知当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R两端电压的变化．当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小．当把电压表接在c、d两点间，电压表的示数减小时，表示油量在减少．

（2）①把电压表接在b、c之间，油量增加时，R减小，电压表的示数减小；油量减少时，R增大，电压表的示数增大．

②把电压表接在c、d之间，油量增加时，R减小，电路中电流增大，则R′两端的电压增大，电压表的示数增大，同理，油量减少时，电压表的示数减小．

答案　

（1）c、d　减小　

（2）见解析

[归纳总结]

1．传感器的原理：

→

→

2．在分析传感器时要明确：

（1）核心元件是什么；

（2）是怎样将非电学量转化为电学量；

（3）是如何显示或控制开关的．

二、对光敏电阻、热敏电阻的认识及应用

例2　如图8所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是（　　）

图8

A．小灯泡的电阻发生了变化

B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化

C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化

D．电源的电压随温度发生了变化

解析　电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．

答案　C

例3　如图9所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时（　　）

图9

A．电压表的示数增大

B．R2中电流减小

C．小灯泡的功率增大

D．电路的路端电压增大

解析　当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．

答案　ABC

自主预习完成

学生讨论生活中的实例

学生观察现象、思考、交流．

学生阅读教材，思考并回答问题.

教师适时讲解

教师请同学做实验，并解释

总结归纳

第二节生活中的传感器　简单的光控和温控电路（选学）

课题

第三章第2节生活中的传感器　简单的光控和温控电路（选学）

课时

1

考点、知识点

根据传感器的工作原理分析传感器的应用

学习目标

1、了解生活中常见的传感器的工作原理，并能分析相关的简单问题

2、用“比较法”分析传感器的不同特征

重、难点

根据传感器的工作原理分析传感器的应用，常与电路等知识相结合进行综合考查

学习环节和内容

学生活动建议

教师活动建议

调整记录

一、生活中的传感器

[知识梳理1]　洗衣机中的传感器

（1）模糊洗衣机能模仿人的思维确定洗涤模式．比如可根据衣物的布质、衣物的多少确定洗涤的力度及用水量，根据衣物的脏污程度确定漂洗的次数等，你知道这些操作模式是如何建立的吗？

答案　利用传感器和电脑技术，揉入人们对家电使用的经验知识，建立的操作模式．

（2）根据以上问题，结合课本内容填下列表格.

传感器的类型

作用

水位传感器

确定水位的高低和衣物吸水能力的大小

负载量传感器

检测洗涤物的多少

水温传感器

根据环境温度和水温，自动控制洗涤时间

布质传感器

自动感知衣物的重量、质量和吸水程度，自动选择洗涤方式

洗涤粉传感器

测定洗涤粉的种类

脏污程度传感器

利用红外光电传感器，测定水的透明度，从而检测洗净度、漂净度

脱水（压电）传感器

从脱水桶喷射出来的水作用到压电传感器上，根据压力的变化，控制脱水动作

[知识梳理2]　电冰箱中的传感器

（1）电冰箱的组成：

主要由制冷系统和控制系统组成．

（2）控制系统中的传感器及其作用

传感器类型

作用

温控传感器

按设定的温度自动接通和断开电路，控制电动机工作

除霜温控传感器

在除霜加热器达到一定温度时，自动断开加热器的电源

过热及过电流

保护传感器

当电动机不能正常工作时，可以自动切断电源，对电动机实行保护

[即学即用]　（多选）如图1所示，关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是（　　）

图1

A．应变片是由导体材料制成的

B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大，反之变小

C．传感器输出的是金属架上的电压

D．外力越大，输出的电压差值也越大

解析　应变片多用半导体材料制成，故选项A错，B对；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也增大，故C错，D对．

答案　BD

二、简单的光控和温控电路

[知识梳理]　阅读课本，填写下列空格．

（1）集成电路又称IC，是在硅板上集合各种电子器件，实现某种特定功能的电路模块，它是电子设备中最重要的部分．

（2）光控自动照明电路

利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，使电路在天亮时自动切断，天黑自动接通．

（3）温控电熨斗

利用热敏电阻作控制元件，从而使电熨斗的温度在低于指定值时，电加热器供电加热，温度高于指定值时要将电源关闭．

[即学即用]　（多选）电饭锅的结构图如图2所示，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是（　　）

图2

A．常温下感温磁体具有较强的磁性

B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强

C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会跳起

D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起

答案　ACD

一、传感器的简单应用

例1　如图3所示为某种电冰箱内温度控制器的结构．铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器．膜盒3为扁圆形（图中显示它的切面），右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接．盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀．测温泡1安装在冰箱的冷藏室中.5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作．拉簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上．连杆9的下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮（图中未画出）控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力．

图3

（1）为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？

（2）为什么用凸轮可以改变设定的温度？

解析　

（1）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．

（2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性金属膜盒3共同控制弹簧片4的运动，而弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．

答案　见解析

例2　如图4所示为冲击防盗报警器的冲击传感器的结构示意图．在外壳的绝缘基板上固定一个螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，它们都是电的良导体，外壳也使用电的良导体制成．请简述这种装置防盗的原理．

图4

答案　在静止状态下，不论传感器置于何种状态，钢球和外壳呈断开状态不会导通，一旦传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球受到扰动产生运动与外壳接通，便可触发执行电路，使报警装置开始工作．

二、光传感器的应用

例3　下列关于光传感器应用的说法中正确的是（　　）

A．火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的

B．火灾报警器中的光电三极管平时收不到LED发出的光，呈现高电阻状态

C．机械式鼠标器的传感器是红外发射管

D．当鼠标器在桌面上移动时，红外接收管收到的是断续的红外线脉冲

解析　火灾报警器是利用烟雾对光的漫反射工作的，故A正确；光电三极管收不到LED发出的光处于断路状态（呈高电阻状态），B正确；机械式鼠标器的传感器是红外接收器，C错；鼠标器移动时，码盘转动，红外线接收器收到的是不连续的脉冲信号，故D正确．

答案　ABD

自主预习完成

学生思考讨论

学生独立完成巩固训练，展示解题思路.

学生独立思考

教师适时讲解

教师请同学做实验，并解释

总结归纳

教师引导，并带领学生分析