選修3-2第六第1節(jié):傳感器及其工作 設(shè)計(jì)
一.【教材分析】:
《6.1 傳感器及其工作》是新人教版高中物理選修3-2第六第一節(jié)的內(nèi)容,主要學(xué)習(xí)一些簡單傳感器,以介紹為主,程內(nèi)容比較簡單。
二.【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識(shí)與技能:
(1)、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;
(2)、知道傳感器中常見的三種敏感元光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元及其它們的工作原理。
(3)、了解傳感器的應(yīng)用。
二、過程與方法:
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究,讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時(shí),經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。
三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀:
(1)、體會(huì)傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種益處,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓展學(xué)生的知識(shí)視野,并加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。
(2)、通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。
三.【教學(xué)重點(diǎn)】:理解并掌握傳感器的三種常見敏感元的工作原理。
【教學(xué)難點(diǎn)】:分析并設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。
四.學(xué)情分析:
從上世紀(jì)八十年代起,國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”,傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。本的設(shè)計(jì)思路是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究,了解什么是傳感器,傳感器是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的,傳感器在生產(chǎn)、生活中有哪些具體應(yīng)用,為學(xué)生利用傳感器制作簡單的自控裝置作一鋪墊。學(xué)生對(duì)傳感器了解較少,教學(xué)時(shí)力避深?yuàn)W的理論,側(cè)重于聯(lián)系實(shí)際,讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用,進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感和崇尚科學(xué)的精神。
五.【教學(xué)方法】:實(shí)驗(yàn)、探究、討論
六.【教學(xué)用具】:干簧管,磁鐵,光敏電阻、熱敏電阻演示儀、傳感器簡單應(yīng)用實(shí)驗(yàn)盒、萬用表。
七.【時(shí)安排】1時(shí)
八.【教學(xué)過程】
預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑,使教學(xué)具有了針對(duì)性
一、引入新:
今天我們生活中常用的電視、空調(diào)的遙控器是如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱的?樓梯上的電燈如何能人就開,人走就熄的?工業(yè)生產(chǎn)中所用的自動(dòng)報(bào)警器、恒溫烘箱是如何工作的?“非典”病毒肆虐華夏大地時(shí),機(jī)場、車站、港口又是如何實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的體溫檢測的?所有這些,都離不開一個(gè)核心,那就是本堂將要學(xué)習(xí)的傳感器。
二、新教學(xué)
1.什么是傳感器
演示實(shí)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。
提問:盒子里有怎樣的裝置,才能實(shí)現(xiàn)這樣的控制?
學(xué)生猜測: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“干簧管”的結(jié)構(gòu)。探明原因: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。
教師點(diǎn)撥:這個(gè)裝置反過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。
演示實(shí)驗(yàn)2:教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,邊閃爍著五彩的光芒。
教師提問: 音樂茶杯的工作開關(guān)又在哪里?開啟的條是什么?
學(xué)生猜測:在茶杯底部,所受壓力發(fā)生改變。
實(shí)驗(yàn)探究:提起茶杯,用手壓杯的底部,音樂并沒有停止。
學(xué)生猜測:是由于光照強(qiáng)度的改變。
實(shí)驗(yàn)探究:用書擋住底部(不與底部接觸),音樂停止,可見音樂茶杯受光照強(qiáng)度的控制。
師生總結(jié):現(xiàn)代技術(shù)中,我們可以利用一些元設(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,并能把它們按照一定的規(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,就可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制了。
教師提問:實(shí)驗(yàn)1中的干簧管是怎樣的傳感器,實(shí)驗(yàn)2音樂茶杯中所用的元又是怎樣的傳感器?
學(xué)生回答:干簧管是一個(gè)能感受磁場的傳感器,音樂茶杯中所用的元是能感受光照強(qiáng)度的傳感器。
傳感器的工作原理如下圖所示:
2、認(rèn)識(shí)一些制作傳感器的元器
(1)探究光敏電阻的特性
學(xué)生實(shí)驗(yàn)1:學(xué)生五人一組,用萬用電表的歐姆擋測量一只光敏電阻的阻值,實(shí)驗(yàn)分別在暗環(huán)境和強(qiáng)光照射下進(jìn)行。
①、將光敏電阻與萬用表的歐姆檔按右圖所示連成電路
②、將光敏電阻受光面置于有光線照射的地方,觀察萬用表的讀數(shù),把光敏電阻的阻值填入現(xiàn)表中。
光敏電阻光照情況較亮稍暗較暗黑暗
光敏電阻的阻值(Ω)
③、用黑紙片將光敏電阻的透光窗口的遮住,移動(dòng)黑紙片,使光敏電阻受到的光線出現(xiàn)較亮、稍暗、較暗、黑暗幾種情況,觀察幾種情況下光敏電阻的阻值變化,并把相應(yīng)的阻值填入下表。
④、結(jié)論:光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很小。
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。
簡單介紹:光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。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;隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性變好。
(2)探究金屬熱電阻和熱敏電阻的特性
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?
回答:金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大,如白熾燈鎢絲的電阻在正常工作情況下比常溫下的電阻大得多。
演示實(shí)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升高而增大。
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)生實(shí)驗(yàn)2:學(xué)生五人一組,探究熱敏電阻的阻值大小與溫度的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)器材:NTC熱敏電阻,萬用表,溫度計(jì),水杯,涼水和熱水。
實(shí)驗(yàn)方案:按照如圖所示的電路將熱敏電阻接入電路,將萬用表選擇開關(guān)置于歐姆檔,用溫度計(jì)測量溫度,用萬用表測量不同溫度下的電阻。
實(shí)驗(yàn)步驟:
①、按上述電路連接電路
②、取半杯熱水,將熱敏電阻及溫度計(jì)放入熱水中
③、同時(shí)測量并記錄水溫和電阻值
④、倒入少許冷水,改變杯中的水溫,在同時(shí)測量水溫和電阻值,填入下表:
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
次數(shù)12345
溫度(℃)
電阻(Ω)
實(shí)驗(yàn)結(jié)論: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(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,測溫范圍大,但靈敏度較差。
(3)霍爾元
教師介紹:霍爾元是在一個(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、、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、N間出現(xiàn)電壓U。
師生討論:霍爾元的上的電壓U與電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系,設(shè)霍爾元長為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,我們就可以根據(jù)電壓U的變化得知磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。
師生共析:霍爾元能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。
【堂總結(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,它在生活、生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。日本把傳感器技術(shù)列為上世紀(jì)八十年代十大技術(shù)之首,美國把傳感器技術(shù)列為九十年代的關(guān)鍵技術(shù),而我國有關(guān)傳感器的研究和應(yīng)用正方興未艾……
【布置作業(yè)】
1.觀察與思考: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.實(shí)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。
3.P55,思考與練習(xí)2題完成填表。
九.【板書設(shè)計(jì)】
第一節(jié):傳感器及其工作原理
1、傳感器:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元。
2、傳感器的優(yōu)點(diǎn):把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。
3、傳感器的工作原理:
4、認(rèn)識(shí)一些制作傳感器的元器
(1)、光敏電阻:光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很小。作用: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。
(2)、熱敏電阻: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。作用:半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。
(3)、霍爾元:霍爾元能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。
十.【教學(xué)反思】
本節(jié)依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律組織教學(xué),引入新從生活實(shí)例入手,設(shè)置懸念,提出問題,激發(fā)學(xué)生興趣,增強(qiáng)學(xué)生的求知欲;在進(jìn)行“什么是傳感器”的教學(xué)中注重實(shí)驗(yàn)探究,引導(dǎo)學(xué)生從兩個(gè)實(shí)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、霍爾元這些制作傳感器的元器教學(xué)中,注重將教師演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。整個(gè)教學(xué)過程符合新程的三維目標(biāo),體現(xiàn)新程的理念,注意培養(yǎng)學(xué)生的自主、合作、探究能力,注意從生活走向物理,從物理走向生活,以此增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)。
本文來自:逍遙右腦記憶 http://simonabridal.com/gaoer/36467.html
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