視頻標簽：傳感器,及其工作原理

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視頻課題：高中物理人教版選修3-2-6.1傳感器及其工作原理-浙江省 - 寧波

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高中物理人教版選修3-2-6.1傳感器及其工作原理-浙江省 - 寧波

傳感器——機械感知世界的感官
人教版 選修《3-2》第6章
 
教學目標：
1．知識與技能
  （1）知道什么是傳感器；
  （2）了解光敏電阻、熱敏電阻、干簧管的工作原理；
  （3）會嘗試利用材料或元件的特性研發傳感器。
  2．過程與方法：通過實驗，知道常見傳感器的工作原理。
  3．情感態度與價值觀：在實驗中通過設計、組裝和調試，增強理論聯系實際的意識，激發學生興趣，培養良好的科學態度。并對傳感器中的應用激發科學探究的興趣。
教學重點：認識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理，能有傳感器研發的基礎觀念。
教學難點：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。
教學方法：實驗法、觀察法、邏輯法、歸納法。
教    具：磁鐵、干簧管、各種常見傳感器、光敏電阻、熱敏電阻、多用電表、電流計、數字計數器，面包板、發光二極管等。
教學過程：
一、新課導入
自然賦予人類各種感覺器官，用眼睛看繽紛世界，用耳朵傾聽天籟之音，用舌頭嘗遍天下美食…..
（1）人類感知外界環境、對象通過感官的感知，動物亦是如此；
（2）視頻植物界撲蠅草；
（3）演示掃地機在桌面清掃，防墜落能力；
提出問題：機器感知世界的能力依靠什么？
超聲波測距傳感器用于避障和防墜、陀螺儀加速度傳感器用于保持平衡、光敏傳感器用于檢測和區分區域、紅外線傳感器低電量自動返回充電功能…….，傳感器是機器感知世界的“感官”
二、基于光敏電阻初識傳感器
（一）實驗探究：對光敏感的元件
         通過學生實驗，探究光敏電阻對光的感知能力。
實驗1：利用多用電表探測光敏電阻受光面在暴露和被遮蓋的情況下電阻的差異；
實驗2：學生涉及電路，利用發光二極管的亮度體現光敏電阻在不同光強度下電阻的變化。事先簡介光敏電阻的受光面、簡介實驗中涉及的發光二極管和面包板的使用。
 
 
（二）由光敏電阻構成的光電控制開關電路分析
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

當光照強度下降到特定值時，光敏電阻阻值升高使VT1導通，VT2的激勵電流使繼電器K的敞開觸點閉合，常閉觸點斷開，從而實現對外電路的控制。
光敏電阻主要用于各種光電控制系統，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”。
（三）通過演示成品實驗和示例傳感器的應用，加深對傳感器的體驗。
1.由光敏電阻構成的煙霧報警器和計數器演示

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. （1）光敏電阻在厚度檢測器中的使用
（2）測光能讓攝像師更好的權衡拍攝的曝光量，以獲取更優的視覺效果

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

三、傳感器概念的界定
基于以上對光敏電阻的認識，提出傳感器的感念，并延伸拓展。
能夠感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。——【國家標準（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義】
狹義的定義：輸入信號（待測量）輸入傳感器轉變成電信號。在明確輸出輸入的對應關系的基礎上，具備一定的精確程度。
介紹輸出為電信號的原因：便于傳輸、轉換、處理、顯示。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 “沒有傳感器就沒有現代科學技術”的觀點已為全世界所公認。以傳感器為核心的檢測系統就像神經和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認識自然、改造自然的有利工具。
四、傳感器的研發思路
(案例1) 一根金屬電阻絲，在溫度不變的情況下，由電阻定律 可知，改變電阻的因素還有長度、橫截面積和溫度。
因此電阻元件還對拉壓和溫度等因素的變化敏感。
演示實驗：自制深度測量傳感器
實驗器材：5%的氯化鈉溶液，電流計、變阻箱和學生電源。
提出：應變效應和應變片
當被測物理量作用于彈性元件上，彈性元件在力、力矩或壓力等的作用下發生變形，產生相應的應變或位移，然后傳遞給與之相連的應變片，引起應變片的電阻值變化，通過測量電路變成電量輸出。輸出的電量大小反映被測量的大小。
應變片的使用實例1：電子秤
應變片的使用實例2：車輛過磅
  

 
 
 
 
 
 
 


 
利用金屬的電阻率隨溫度的升高而增大的金屬溫度計演示。
(案例2) 由絕緣介質分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為:
當被測參數變化使得S、 d或ε發生變化時， 電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數不變，而僅改變其中一個參數， 就可把該參數的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路就可轉換為電量輸出。電容式傳感器可分為變極距型、 變面積型和變介電常數型三種。

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

視頻展示：指紋采集的亮區，這小塊亮區上集成有上萬的微型化的電容器，稱之為電容器陣列，當手指貼在其上與其構成了電容的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小就不一樣，形成的電容數值也就不一樣，設備根據這個原理將采集到的不同的數值匯總，就完成了指紋的采集。
五、傳感器應用
（一）干簧管小制作展示
由發光二極管制作的光電“鋼琴”和自動控制的電風扇。

學生探究實驗：干簧管作為傳感器實現對電路的控制。
（二）電磁流量計工業應用和3D動畫展示。
（三）更多傳感器在生活、生產中的應用視頻展示。
六、小結：
1.傳感器的作用和地位
2.常見傳感器的工作方式
3.傳感器與人類生活
隨堂練習：
1．關于傳感器，下列說法正確的是(　　)
A．所有傳感器都是由半導體材料制成的
B．金屬材料也可以制成傳感器
C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的
D．水銀溫度計是一種傳感器
2．電容式傳感器是用來將各種非電信號轉變為電信號的裝置，由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個因素，當某一物理量發生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一物理量的值．如圖所示是四種電容式傳感器的示意圖，關于這四種傳感器的作用，下列說法不正確的是(　　)


A．甲圖的傳感器可以用來測量角度
B．乙圖的傳感器可以用來測量液面高度
C．丙圖的傳感器可以用來測量壓力
D．丁圖的傳感器可以用來測量速度
3.如圖所示電路中，電源電動勢為E，內阻為r，R_t為負溫度系數熱敏電阻，R_g為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發光，由于環境改變(光照或溫度)，發現小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　)
A．溫度不變，光照增強
B．溫度升高，光照不變
C．溫度降低，光照增強
D．溫度升高，光照減弱
4．煙霧散射火災報警器使用的是(　　)
A．光傳感器  B．溫度傳感器
C．紅外傳感器  D．超場波傳感器
5.如圖所示，R₁、R₂為定值電阻，L為小燈泡，R₃為光敏電阻，當入射光強度增大時(　　)
A．電壓表的示數增大
B．R₂中電流減小
C．小燈泡的功率增大
D．電路的路端電壓增大
1. B  【解析】大多數傳感器是由半導體材料制成的，某些金屬也可以制成傳感器，如金屬熱電阻，故A錯，B對；傳感器將非電學量轉換為電學量，因此傳感器感知的應該是“非電信號”，故C錯；水銀溫度計能感受熱學量，但不能把熱學量轉化為電學量，因此不是傳感器，故D錯．
2. D 【解析】　甲圖角度變化能導致極板正對面積變化；乙圖液面高度變化能導致極板正對面積變化；丙圖壓力F變化能導致極板間距變化；丁圖中位置變化導致電介質變化．所以，甲、乙、丙、丁分別是測角度、液面高度、壓力、位移的傳感器，故選D.
3. AC
4.A  【解析】　煙霧散射火災報警器是煙霧進入報警器后，光被散射，照到報警器中的光傳感器上，使電路接通，報警器工作，發出警報，A對，B、C、D錯．
5. ABC  【解析】　當入射光強度增大時，R₃阻值減小，外電路電阻隨R₃的減小而減小，R₁兩端電壓因干路電流增大而增大，即電壓表的示數增大，同時內電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤．由路端電壓減小，而R₁兩端電壓增大知，R₂兩端電壓必減小，則R₂中電流減小，故B項正確．結合干路電流增大知，流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確．
 

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