教案-传感器及其工作原理 精编

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1、第六章第六章 传感器传感器全章教学内容分析全章教学内容分析 随着科学技术的发展，传感器的应用越来越普及。传感器技术是当今世界一项令人瞩目的迅猛发 展起来的高新技术之一。这部分内容也是课程标准中“在课程内容上体现时代性”的一个标志。传 感器的种类很多，教材中介绍的是一些工作原理和使用方法比较简单的常见传感器，主要目的是 使学生对传感器知识有一个初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。 本章内容可分为三个单元，第一单元为第 1 节，介绍传感器及其工作原理；第二单元包括第 2、3 节，介绍常见传感器的应用；第三单元为第 4 节，是常见传感器的应用实验研究。 知识板块及知识结构知识板块及知识结构: 传

2、感器原理传感器应用传感器实验。 知识结构图定义：把非电学量转化为电学量的一类仪器。工作原理：非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量 热敏电阻和金属热电阻温度传感器 光敏电阻光传感器 霍尔元件霍尔传感器 力传感器（电子秤） 声传感器（话筒） 温度传感器（电熨斗、电饭锅、测温仪、温度报警器） 光传感器（鼠标器、火警报警器、光控开关）敏感元件应用传感器教学目标教学目标 1知识与技能 (1)知道非电学量转换成电学量的技术意义。知道在现代信息技术与自动控制中为什么要将非电学 量转换成电学量。 (2)通过具体事例，了解电学量便于控制、便于处理(放大、衰减和波形整理等)、便于显示和储存， 也便于远距离传输等

3、技术方面的优点。 (3)知道常见传感器的工作原理。知道传感器是由敏感元件、电子线路与控制电路等组成的。 2过程与方法 (1)用热敏电阻、光敏电阻、驻极体话筒等常用元器件做实验，了解传感器是怎样把非电学量转换 成电学量的。 (2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是怎样应用到技术中，实现信息采集或自动控 制的。 (3)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置。 (4)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例。 (5)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习与拓展相关的知识和技能。 3情感、态度与价值观 (1)在探究传感器工作原理的活动中拓展思维方式，增强

4、创新意识。 (2)与同学或家庭其他成员合作设计简单的自动控制装置，明确角色意识，体验合作的重要意义。 (3)通过收集传感器的应用实例，体会传感器技术与生产生活的息息相关性。 (4)对传感器技术、经济效益进行调查分析，关注物理与生活、技术及社会发展的紧密联系，体会 “物理技术社会”的 STS 思想。学情分析学情分析 我们身边的传感器很多，引导学生从物理学角度认识身边的传感器，容易引起学生的浓厚兴趣， 同时，很多创新设计或头脑奥林匹克竞赛都涉及传感器的应用，充分利用这些有利条件，可以对 学生的长远发展产生深远的影响。 教学要求与建议教学要求与建议 1突出体现传感器与科学、技术、社会的关系。传感器已

5、经广泛地应用到现代的生产和生活的诸 多方面，成为进行测量和控制不可缺少的元件；传感器的应用在促进现代社会的发展中起了重要 的作用；传感器技术中所包含的物理原理，可以使学生对科学与技术的关系有更全面和深入的体 会。 2理论联系实际，培养分析具体事物的能力，学习制作控制电路的技能。以传感器的原理和使用 为主线，让学生综合运用物理知识来认识它们的工作原理，培养学生认识和分析实际问题的能力。3以点带动，全面开花。老师一般对本章相关知识不太熟悉，教学中可以选取一两个具体实例深 入研究，带动学生领会研究方法，探索相关结论，让学生经历一两个实例的突破过程，树立自信 心，然后放手让学生研究其余内容，形成兴趣浓

6、厚、没有负担的氛围。 课时分配建议1 传感器及其工作原理2 课时2 传感器的应用(一)2 课时3 传感器的应用(二)1 课时4 传感器的应用实验2 课时第一节第一节 传感器及其工作原理传感器及其工作原理教材分析教材分析 本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传 感器的工作原理。这是本章第一节内容，侧重点在让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有 哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来学习 新知识。 传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件。传感器的设计和 使用中涉及相当多的物理学知

7、识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物 理教学中一项重要任务和内容，也是新课改中心思想的重要体现。 传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的 概念，并介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原 理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础。 为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是 非常必要的。 教学目标：教学目标： 1.知识与技能： 知道非电学量转换成电学量的技术意义； 通过实验，知道常见传感器的工作原理； 初步探究利用和设计简单的传感器. 2.过程与方法

8、： 通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理； 让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力. 3.情感态度与价值观： 在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习 物理的兴趣. 重点和难点 1.几种常见传感器的工作原理（演示实验） ； 2.学生自己设计简单的传感器. 一课题的引入一课题的引入 【演示实验 1】干簧管控制电路的通断 如图，小盒子 A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭. 师问：盒子里有怎样的装置，

9、才能实现这样的控制？ 生猜：（可以自由讨论，也可以请学生回答） 师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干 簧管”的结构。探明原因：玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁 铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，电路导通。所以，干簧管能起 到开关的作用。 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】声光控开关控制电路的通断 先在普通光照条件下， 再把开关置于黑暗环境中。 二什么是传感器？二什么是传感器？ 师：刚才的两个实验，都用了一种元件，这些元件能够感受某些信息，通过它能实现电路的自动 控制，这种元件有一个专门

10、的名称：传感器。 什么是传感器呢？ 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。 其实，传感器并不神秘。你家里可能就有很多的传 感器。请大家相互说说看，你家里，或者在你的生 活当中，都使用过，或听说过什么样的电器中有传 感器？ 当冰箱内的温度高于设定值时，制冷系统自动启 动，而当温度低于设定值时，制冷 系统又会自动停 止。冰箱的控制，是通过温度传感器实现的。 楼梯道的电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接

11、通，灯就亮；白天，不管是否有人经过， 开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传感器。 为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现 的烟雾，通过电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器。 其他如宾馆洗手间的墙壁上干手机的湿度传感器、电视机里换频道的红外传感器、电饭锅的温 控开关、养鸡场里的孵化器、交警用来测驾驶员是否酒后开车的酒精气体测试仪、磁悬浮列车里 的加速度测试器、电容式话筒里的电容式传感器、自动洗衣机里的压力传感器等等.可以说，传感 器的广泛使用，丰富了我们的生活，使我们的生活更加方便、安全和舒适。图6.1-3 各种传感器各种温度传感器力传

12、感器色标传感器ABSNSN图6.1-2 干簧管师：为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们就来看几个实际的例子。 三光敏电阻三光敏电阻 有一些物质,例如硫化镉,电阻率与所受光照的强度有关。把硫化镉涂敷在绝 缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极(图 6.4)，这样就 制成了一个光敏电阻。硫化镉表面受到的光照强度不同时，两个电极间的电 阻也不一样。 【演示实验 3】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同 学生完成：两人一组，用万用电表（由投影仪投出表盘）的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实 验分别在室内自然光的照射下和用手掌遮光时进行。学生总结实验结果： 光敏电阻在暗环境下 电阻值很

13、大，强光照 射下电阻值很小。 师生总结：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。 （师）工作原理：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。光敏电阻是由硫化镉制成的，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。学生自学：科学漫步科学漫步半导体的导电机理四金属热电阻和热敏电阻四金属热电阻和热敏电阻 师问：金属导体的导电性能与温度有关吗？关系如何？ 生答：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。 师生总结：用金属丝可以制作温度传感器，称为金属热电阻。如前面已经学过的用金属铂可

14、制作 精密的电阻温度计。 【演示实验 4】热敏电阻随温度的升高电阻减小 学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。第一 次直接测量，第二次用手心捂住热敏电阻再测量，记录两次测得的 电阻值。 学生探究：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。 投影电阻 R 随温度变化的图线 师生总结 1：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。 师生总结 2：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。 五、霍尔元件五、霍尔元件 师：1879 年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，

15、当磁场方向 与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。人们把这样的现象 称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电压。人们利用霍尔效 应做成了霍尔元件。甲. 光敏电阻在暗环境下电阻值很大 乙. 强光照射下电阻值很小 图6.1-5 观察光敏电阻的特性 RT12 O图6.1-7 电阻-温度特性曲线1-金属导线 2.热敏电阻 图6.1-4 光敏电阻 图6.1-9 霍尔元件的工作原理BMNEFIUH如图，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。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

16、在 洛伦兹力的作用下发生偏转，使 M、N 间出现电压 UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中 d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，dIBkUH它的大小与薄片的材料有关。 师生共析：由上式看，一个霍尔元件的厚度 d、k 为定值，若保持 I 恒 定，则 UH的变化就与 B 成正比。 也就是说：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。因此，我们可以把霍尔元件放置在某一未知的磁场中，通过测定霍尔电压 U 的变化得知该 磁场磁感应强度的变化。 请同学们用前面学习过的磁场的知识推导霍尔元件的电压与磁感应强度的关系 推导过程： 已知：假设霍尔元件中形成电流的是正电荷，霍尔元件厚度为 d，宽度为 l，通入的电流为 I，单 位体积内正电荷的个数为 n，正电荷的带电量为 q。， lUqqEqBvHnqSvI nqldI nqSIvlUqnqldIqBH令 得： dBI nqnqdBIUH1 nqk1dIBkUH式中的 d 为薄片的宽度，k