选修32第六章第1节传感器及其工作原理教案及学案Word文档格式.docx

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七．【课时安排】1课时

八．【教学过程】

预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性

一、引入新课：

今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？

楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？

工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？

“非典”病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？

所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。

二、新课教学

1．什么是传感器

演示实验1：

如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。

提问：

盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？

学生猜测：

盒子里有弹性铁质开关。

师生探究：

打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图（图2），了解元件“干簧管”的结构。

探明原因：

当磁体靠近干簧管时，两个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。

教师点拨：

这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着磁场。

演示实验2：

教师出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒。

教师提问：

音乐茶杯的工作开关又在哪里？

开启的条件是什么？

在茶杯底部，所受压力发生改变。

实验探究：

提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。

是由于光照强度的改变。

用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。

师生总结：

现代技术中，我们可以利用一些元件设计电路，它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

我们把这种元件叫做传感器。

它的优点是：

把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

实验1中的干簧管是怎样的传感器，实验2音乐茶杯中所用的元件又是怎样的传感器？

学生回答：

干簧管是一个能感受磁场的传感器，音乐茶杯中所用的元件是能感受光照强度的传感器。

传感器的工作原理如下图所示：

欧姆表

2、认识一些制作传感器的元器件

（1）探究光敏电阻的特性

光敏电阻

学生实验1：

学生五人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。

①、将光敏电阻与万用表的欧姆档按右图所示连成电路

②、将光敏电阻受光面置于有光线照射的地方，观察万用表的读数，把光敏电阻的阻值填入现表中。

光敏电阻光照情况

较亮

稍暗

较暗

黑暗

光敏电阻的阻值（Ω）

③、用黑纸片将光敏电阻的透光窗口的遮住，移动黑纸片，使光敏电阻受到的光线出现较亮、稍暗、较暗、黑暗几种情况，观察几种情况下光敏电阻的阻值变化，并把相应的阻值填入下表。

④、结论：

光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。

光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

简单介绍：

光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。

有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；

随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

（2）探究金属热电阻和热敏电阻的特性

金属导体的导电性能与温度有关吗？

关系如何？

回答：

金属导体的电阻随温度的升高而增大，如白炽灯钨丝的电阻在正常工作情况下比常温下的电阻大得多。

演示实验4：

如图6所示，AB间接有一段钨丝（从旧日光灯管中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时，灯泡亮度明显变暗。

学生探究：

钨丝的电阻随温度的升高而增大。

用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。

如前面已经学过的用金属铂可制作精密的电阻温度计。

学生实验2：

学生五人一组，探究热敏电阻的阻值大小与温度的关系。

实验器材：

NTC热敏电阻，万用表，温度计，水杯，凉水和热水。

实验方案：

按照如图所示的电路将热敏电阻接入电路，将万用表选择开关置于欧姆档，用温度计测量温度，用万用表测量不同温度下的电阻。

实验步骤：

①、按上述电路连接电路

②、取半杯热水，将热敏电阻及温度计放入热水中

③、同时测量并记录水温和电阻值

④、倒入少许冷水，改变杯中的水温，在同时测量水温和电阻值，填入下表：

实验数据：

次数

1

2

3

4

5

温度（℃）

电阻（Ω）

实验结论：

热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。

半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。

师生总结比较：

金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。

（3）霍尔元件

教师介绍：

霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成（如图7所示）。

若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压U。

师生讨论：

霍尔元件的上的电压U与电流I、磁感应强度B的关系，设霍尔元件长为a，宽为b，厚为d，则当薄片中载流子达到稳定状态时，

，即

，又因

，所以

（

为霍尔系数）。

因此，我们就可以根据电压U的变化得知磁感应强度的变化。

师生共析：

霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。

【课堂总结】

传感器是指一些能把光、力、温度、磁感应强度等非电学量转化为电学量或转换为电路的通断的元器件，它在生活、生产和科技领域有着非常广泛的应用。

日本把传感器技术列为上世纪八十年代十大技术之首，美国把传感器技术列为九十年代的关键技术，而我国有关传感器的研究和应用正方兴未艾……

【布置作业】

1．观察与思考：

日常生活中哪些地方用到了传感器，它们分别属于哪种类型的传感器，它们的工作原理如何？

2．实验设计：

用热敏电阻、继电器等器材设计一个火警报警器。

3.P55，思考与练习2题完成填表。

九．【板书设计】

第一节：

传感器及其工作原理

1、传感器：

能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件。

2、

传感器的优点：

把非电学量转换为电学量，很方便地进行测量、传输、处理和控制。

3、传感器的工作原理：

4、认识一些制作传感器的元器件

（1）、光敏电阻：

作用：

（2）、热敏电阻：

（3）、霍尔元件：

十．【教学反思】

本节课依据学生的认知规律组织教学，引入新课从生活实例入手，设置悬念，提出问题，激发学生兴趣，增强学生的求知欲；

在进行“什么是传感器”的教学中注重实验探究，引导学生从两个实验的探究中加以归纳，并通过DISLab系统显示传感器的优越性，让学生了解把非电学量转化为电学量的技术意义；

在对光敏电阻、热敏电阻和热电阻、霍尔元件这些制作传感器的元器件教学中，注重将教师演示实验与学生动手实验相结合，注重理论与实践相结合。

整个教学过程符合新课程的三维目标，体现新课程的理念，注意培养学生的自主、合作、探究能力，注意从生活走向物理，从物理走向生活，以此增进学生的学习能力和科学素养。

传感器及其工作原理学案

课前预习学案

预习内容

【预习目标】：

了解什么是传感器，传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。

三种常见的敏感元件

（1）光敏电阻

材料及构造

工作原理

功能：

把__________（光学量）转换为______（电学量）。

（2）热敏电阻和金属热电阻

热敏电阻

a）材料

b）特点

c）功能：

把_______转换为_______（电学量）。

d）分类：

正温度系数PTC热敏电阻（特点）

负温度系数NTC热敏电阻（特点）

金属热电阻

（3）霍尔元件

霍尔电压：

_________________________。

推导：

把_________（磁学量）转换为_______（电学量）。

传感器功能：

能将力、温度、光、声、物质成分等_________转化为______的

课内探究学案

【学习目标】

（4）、通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。

【学习重点】：

【学习难点】：

【学习用具】：

【学习过程】

（一）传感器

【身边现象观察】感受传感技术在信息时代的作用和意义

1、自动门，利用人体的红外微波来开关门

2、日光控制路灯的开关

3、遥控器控制电视开关

4、声音强弱控制走廊照明灯开关等

5、烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的

6、手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象

7、电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的

8、水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……

9、机器人：

传感器在机器人中，是必不可少的元件。

传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。

有的传感器就像人的眼睛，可以感受到光的强弱，有的传感器则像人的皮肤，可以感受到温度的变化，有的传感器还能听到声音。

传感器就是机器人的感觉器官，它能将外界信息转换成电信号，并传送给单片机进行加工处理。

安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。

【导读】仔细研读教材P51—52，体会什么是传感器以及传感器的作用

传感器的定义：

角度

位移电流

速度传感器

压力电压

湿度

声强

光照

干簧管和音乐茶杯能够感受非电学量并将它按照一定规律转化成电学量的一类元件或组件

传感器的工作原理：

【导读】研读课文P52，体会光敏电阻和热敏电阻的作用，能区分热敏电阻和金属热电阻

【导思】根据演示实验并结合教材P57的内容，思考问题：

（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？

（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？

怎样解释？

（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？

（4）如右图所示，随着光照强度的增加，多用表的指针将如何偏转？

【导思】根据演示实验并结合教材58页有关内容，思考问题：

（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？

（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？

（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？

（4）随着热水倒入多少的不同，欧姆表有何变化

元件。

（二）当堂检测

例1：

如图，R2为热敏电阻，a、b间接报警器。

当温度升高时，a、b间电压将？

例2、有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用墨纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）

A、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻

B、置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻

C、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻

D、用墨纸包住元件与不用墨纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻

例3、如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与NTC热敏电阻Rt的两端相连，这时指针恰好指在刻度盘的正中间。

若往Rt上擦一些酒精，指针将向_____（填“左”或“右”）移动；

若用吹风机将热风吹向Rt，则指针将向_____（填“左”或“右”）移动。

（迁移）若Rt为PTC热敏电阻，情况如何？

例4、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（即单位时间内通过管内横截面积的流体的体积）。

为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。

流量计的两端与输送流体的管道相连（图中的虚线）。

图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。

现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。

当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。

已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）

A、

B、

C、

D、

例5、如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂做的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度.这实际上是一个传感器，它是将________转化为________来进行测量的.

（三）课后练习与提高

1．关于光敏电阻，下列说法正确的是（）

A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好

C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好

D．半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好

2．霍尔元件能转换哪两个量（）

A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量

B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

C．把力转换为电压这个电学量

D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

３．如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化（）

A．电介质进入极板的长度

第3题

B．两极板间距

C．两极板正对面积

D．极板所带电量

４．如图所示，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｌ是小灯泡，Ｒ３为光敏电阻，当照射光强度增大时，（）

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

5．如图所示，Ｒ３是光敏电阻，当开关Ｓ闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻Ｒ３时，则（）

A．Ｒ３的电阻变小，a点电势高于b点电势

B．Ｒ３的电阻变小，a点电势低于b点电势

C．Ｒ３的电阻变小，a点电势等于b点电势

D．Ｒ３的电阻变大，a点电势低于b点电势

6．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是（）

A．金属导体B．绝缘体

C．半导体D．超导体

7．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。

现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（）

A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显

B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显

第7题

C．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显

D．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显

8．如图是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。

以下说法中正确的是（）

A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大

B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

第8题

C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化

9．如图所示宽度为d，厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面间产生电势差，这种现象叫霍尔效应，若金属板内自由电子密度为n，则产生的电势差U＝___________

第9题

答案：

1、ABD2、B3、A4、ABC5、A６、C7、C8、ABD

9、