《传感器及其工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器及其工作原理（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原五十四中高炜高中物理选修32第六章第一节传感器【课标要求】1、知道非电学量转换成电学量的技术意义。2、通过实验，知道常见传感器的工作原理。3、列举传感器在生产和生活中的应用。【教材分析】随着科学技术的发展，传感器的应用已越来越普及。传感器技术是一项当今世界令人瞩 目的迅猛发展起来的高技术之一，本章内容是课标标准中“在课程内容上体现时代性”的一 个标志，集中体现了对科学、技术与社会相互关系的关注。传感器的类型很多，有简单的， 也有复杂的。现实中的传感器是利用某些变换元件的物理性质以及某些功能材料的特殊物理 性能制成的。所以，本章将要学习的传感器是一些工作原理和使用方法比较简单的常见的传 感器
2、，主要目的是使学生对传感器知识有一初步的了解，体会物理知识在技术中的应用。【学情分析】学生在日常物理学习中往往关注理论知识，研究多种物理模型，这是高中物理学习中必 要的。但是，学生的技术知识甚至技术常识却十分贫乏。只会做题，不会解决实际问题。所 以，在本章教学中，应注意为学生创造条件和环境，让学生主动参与，多观察、多动手、多 思考。学生在开始时可能不适应这一部分的学习，教师要先引导他们突破一些典型例子，领 会研究方法，形成自信心，然后就可以放手学习其余的知识，使全章的学习演变成兴趣盎然、 没有负担的物理研习。【教学目标】1. 知识与技能：(1) 、结合实际生产及生活展示各种事例及应用使学生知道
3、非电学量转换成电学量的技术 意义。(2) 、通过实验对传感器中常见的敏感元件加以了解并从中知道它们的工作原理。(3) 、通过分析大量传感器在生产和生活中的应用，了解传感器是如何工作的，并会结合原 有的电学知识设计一些简单的传感器电路。2. 过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生通过观察，了解运用传感器解决生活和生产中 的某些需求的过程，体会到应用技术的重要性，了解和学习一些比较简单的技术知识。教学 中以传感器为主线，让学生综合运用已学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原 理。同时在原有电学实验的基础上，可以进一步接触电子电路，因为电子电路的内容在生活 中也是经常会遇到的。3情
4、感、态度与价值观：(1) 、体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生 的知识视野，并加强物理与STS的联系。(2) 、通过大量的与传感器有关的实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和 创新意识。(3) 、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。传感器及其工作原理【教学目标】1. 知识与技能：(1) 、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；(2) 、知道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。(3) 、了解传感器的应用。2.
5、 过程与方法：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。 3情感、态度与价值观：(1) 、体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生 的知识视野，并加强物理与STS的联系。(2) 、通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。【教学重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。【教学难点】：分析并设计传感器的应用电路。【教学方法与手段】：实验、探究、讨论；多媒体及电学器材如：干簧管，磁铁，光敏电阻、 热敏电阻演示仪、传感
6、器简单应用实验盒、万用表。【使用教材的构想】：传感器教学应侧重从技术应用的角度展示物理，强调物理学科与技术的结合，着重体现 物理学的应用性、实践性。本课的教学思路是通过创设问题情境，引发对传感器工作原理的 探究，进入新课教学。整节课以实验贯穿始终，通过对实验的观察、思考和探究，了解什么 是光电传感器、温度传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，并抓住这一共性原 理特征，使学生学会利用传感器的工作原理设计、制作简单的自控装置。但由于学生思维能 力发展上的不成熟性，还不能成为完全独立的探究主体等特点，本节课的实验探究过程是在 教师引导和启发下，学生独立思考、主动探索的过程。教学时力避深奥的理
7、论，侧重于联系 实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感 和崇尚科学的精神。【教学过程】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，人走就关的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？自助 银行的自动门如何控制？当流感病毒肆虐时，机场、车站、学校又是如何实现快速而准确的 体温检测的？所有这些，都离不开一个核心元件，那就是本节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
8、，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干簧管的实物及原理图（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。手图 2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？学生猜测：在茶杯底部，所受压力发生
9、改变。实验探究：提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。学生猜测：是由于光照强度的改变。实验探究：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。教师提问：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
10、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：师：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？生讨论并交流：例如，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
11、电路发出警报，这个小盒子就是烟雾传感器。 如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。姆挡测量一只光 行。2、认识一些制作传感器的元器件（1）探究光敏电阻的特性学生实验1：学生四人一组，用万用电表的欧 敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进 、将光敏电阻与万用表的欧姆档按右图所示连成电路 、将光敏电阻受光面置于有光线照射的地
12、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（Q）、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。、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。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。师简单介绍工作原理：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。（2）探究金属热电阻和热
13、敏电阻的特性提问：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。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 属铂可制作精密的电阻温度计。师生共同回顾金属电阻与温度关系图（如右图）。1. 金属导线；2.热敏电阻。演示实验3：如图6所示，AB间接有一段钨丝（从旧灯泡中取出），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。师生总结：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
14、度计。欧姆表Q?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。/热敏电阻实验方案：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： 、按上述电路连接电路 、取半杯热水，将热敏电阻及温度计放入热水中 、同时测量并记录水温和电阻值 、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12345温度（C）电阻（Q）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。师生总结：半导体热敏电阻也可以用
15、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、传感器的开发思路研讨师:（对传感器的工作原理作阶段性的小结）传感器是把非电学量转换为电学量的元件， 它使得某些非电学量容易测量或者能实现电路的自动通断传感器的应用丰富了我们的生 活，使我们的生活更舒适、更安全。但从科技进步的角度来说，传感器的应用还只是浅层次 的，更重要的是传感器的开发。那么，传感器如何进行开发呢？这还得从传感器的工作原理入手。例如，（1）电容式传感器电容器电容的决定式为c二旦，如何利用电容的电学量与非电学量的关系设计一个4冗kd电容式传感器？生答：（可能提出4种方案）师：给出四种电容式传感器，并作原理的分析。（电容式压力传感器、电容式位移传感器、电容式角度测试仪、电容式电解液液面升降测试 器）X X /5XX 海X/ EXV Vb丿X（2）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
