視頻標(biāo)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-天津

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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-天津市武清區(qū)天和城實驗中學(xué)

§6.1 傳感器及其工作原理教學(xué)設(shè)計 
一、教材分析：傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。新課程標(biāo)準(zhǔn)順應(yīng)時代發(fā)展，對傳感器教學(xué)提出明確要求。《課程標(biāo)準(zhǔn)》強調(diào)傳感器教學(xué)側(cè)重從技術(shù)應(yīng)用角度展開物理教學(xué)。強調(diào)物理學(xué)科與技術(shù)的結(jié)合，著重體現(xiàn)物理學(xué)的應(yīng)用性、實踐性。 
二、設(shè)計思路：本節(jié)課通過生活中自動門、自動干手機、探測器具體實例啟發(fā)學(xué)生思考，自動化實現(xiàn)的依據(jù)是什么？引出本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容。設(shè)計演示實驗神秘盒子激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。教學(xué)過程主要以實驗探究為主，通過學(xué)生實驗、觀察、討論、分析，讓學(xué)生了解傳感器如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。基于學(xué)生思維能力不成熟，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)光敏電阻和熱敏電阻特性對生活實例進(jìn)行分析。教學(xué)時力避深奧的理論，側(cè)重于聯(lián)系實際，讓學(xué)生體會傳感器對生活的重要意義，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)熱情。 
三、教學(xué)目標(biāo) １、知識與技能： 
（1）初步認(rèn)識傳感器的用途 
（2）了解常見傳感器元件（如：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件）的特性和工作原理。 
（3）了解電容式傳感器的工作原理，并能進(jìn)行問題分析。  
２、過程與方法： 
通過探究實驗調(diào)動學(xué)生主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題分析，從而理解光敏電阻、 熱敏電阻、霍爾元件特性及原理。實驗探究過程培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和實踐能力。  
３、情感態(tài)度與價值觀： 
通過動手實驗，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度、團隊合作精神和創(chuàng)新意識。  
四、教學(xué)重點、難點： 
重點：常見傳感器元件特性和原理 
難點：理解非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的技術(shù)意義。 五、教學(xué)準(zhǔn)備[ 
干簧管，磁鐵，光敏電阻，多用電表，二極管小燈泡，多媒體課件等 六  教學(xué)方法  
   實驗探究法，觀察法，歸納法        
七、教學(xué)過程 
（一）引入新課： 
引導(dǎo)學(xué)生觀看多媒體播放的自動門、自動干手機、探測器的圖片。體會自動化生活的便捷。 
 
                    
             
                    
                            提出問題：自動化的實現(xiàn)主要依靠什么呢？ 回答：自動化的實現(xiàn)主要依靠傳感器。 今天讓我一起來學(xué)習(xí)傳感器及其工作原理。 （二）新課教學(xué) 
一、傳感器 
通過多媒體動畫演示實驗，盒子外面沒有控制開關(guān)，當(dāng)磁鐵放在盒子上時指示燈變亮，磁鐵遠(yuǎn)離盒子時指示燈熄滅。 
 
 
提出問題：盒子里面有什么裝置？ 
回答問題之前讓學(xué)生觀察下面演示實驗，用６Ｖ直流電源將干簧管和二極管小燈炮串聯(lián)，連接電路時提醒學(xué)生二極管單向?qū)�通特性，�?yīng)將電源正極與二極管正接線柱相連。電路連接完讓學(xué)生觀察燈泡狀態(tài)，燈泡處于暗狀態(tài)，然后將條形磁鐵靠近干簧管，觀察小燈泡狀態(tài)，小燈泡處于亮狀態(tài)。現(xiàn)在同學(xué)們想想盒子里面有什么裝置。 回答：干簧管 
提出問題：什么是干簧管？干簧管是怎樣工作的呢？ 通過多媒體向?qū)W生展示干簧管的結(jié)構(gòu)圖，干簧管由充有惰性氣體的玻璃管和兩個磁簧片組成，當(dāng)沒有磁鐵時，兩磁簧片的觸點斷開，當(dāng)磁鐵靠近干簧管時，磁簧片被磁化從而異名磁極相互吸引，觸點吸合。干簧管將磁信息轉(zhuǎn)換為電路的通斷，常應(yīng)用于電子電路的自動控制開關(guān)，像干簧管這樣能夠?qū)⒎请妼W(xué)量（力、熱、聲、光、化學(xué)成分）轉(zhuǎn)換成電學(xué)量（電壓、電流、電路通斷）的裝置我們稱為傳感器。 二、常見傳感器元件 １、光敏電阻 
通過多媒體向?qū)W生展示光敏電阻元件。設(shè)計實驗探究光敏電阻特性。 實驗儀器：多用電表和光敏電阻。 
實驗?zāi)康模河枚嘤秒姳頊y量遮光、自然光、強光照下光敏電阻阻值并記錄實驗數(shù)據(jù)。 
實驗結(jié)論：光照強度越強，電阻阻值越小。 
提出問題：為什么光敏電阻會有這樣的特性呢？它的工作原理如何？ 利用多媒體播放光敏電阻工作原理動畫。 回答：光敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，光照強度弱時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子數(shù)量少，導(dǎo)電性能差因此電阻較大，當(dāng)光照強時，半導(dǎo)體內(nèi)載流子數(shù)量增多，導(dǎo)電性能好，因而電阻減小。 
光電計數(shù)器實例讓學(xué)生分小組進(jìn)行討論，然后讓某組學(xué)生說明分析結(jié)果，教師進(jìn)行補充說明。  
２、熱敏電阻和金屬熱電阻 
 
                    
             
                    
                            多媒體播放探究熱敏電阻特性教學(xué)視頻，讓學(xué)生通過教學(xué)視頻總結(jié)熱敏電阻特性。 
提出問題：同學(xué)們發(fā)現(xiàn)熱敏電阻將什么非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成了什么電學(xué)量，并且有什么特性？ 
回答：熱敏電阻將溫度轉(zhuǎn)換成電阻，隨著溫度升高熱敏電阻阻值減小。 
以上只是對熱敏電阻進(jìn)行定性分析，下面我們利用如圖所示實驗裝置進(jìn)行實驗，繪制熱敏電阻和金屬熱電阻隨溫度的變化圖像，研究熱敏電阻隨溫度的變化關(guān)系，并將熱敏電阻與金屬熱電阻進(jìn)行對比。 
 
根據(jù)繪制圖像引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析熱敏電阻和金屬熱電阻，熱敏電阻靈敏度好，穩(wěn)定性差，測量范圍小；金屬熱電阻靈敏度差，穩(wěn)定性好，測量范圍大。 設(shè)計針對性練習(xí)，讓學(xué)生加強對熱敏電阻特性的認(rèn)識。  
3、電容式傳感器 
引導(dǎo)學(xué)生回憶之前學(xué)習(xí)的電容器部分，影響電容器電容的因素有極板間正對面積、間距、板間電介質(zhì)。 
利用多媒體向?qū)W生展示常見的四種電容式傳感器的工作原理。 提出問題：上面四種電容式傳感器通過改變什么因素影響電容，若經(jīng)信號處理裝置后他們分別可以測量哪些非電學(xué)量？ 
回答：第一種通過改變極板間正對面積改變電容，可以測量角度；第二種通過改變極板間正對面積影響電容，可以測量液面高度；第三種通過改變極板間距離影響電容，可測量力；第四種通過改變電介質(zhì)影響電容，可以測量物體位移。 引導(dǎo)學(xué)生對生活中的電容式鍵盤和手機屏幕進(jìn)行分析，簡單介紹其工作原理。 總結(jié)：電容式傳感器將面積、角度、距離變化轉(zhuǎn)換成電容變化，若經(jīng)過信息處理再將電容變化轉(zhuǎn)換成可以測量的電壓或電流變化，通過電容式傳感器我們可以測量角度、面積、力、位移等非電學(xué)量。  
５、霍爾元件 
通過多媒體向?qū)W生展示霍爾元件工作原理圖，在磁場中電子受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)  
 
                    
             
                    
                             
一側(cè)極板帶上負(fù)電，而另外一側(cè)極板由于失去電子而帶上正電，因此兩極板間產(chǎn)生電勢差，此時電子不僅受到洛倫茲力還受到電場力，當(dāng)二力平衡時電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而獲得穩(wěn)定電壓，我們把這個電壓稱為霍爾電壓： 
                                    
說明其中Ｋ是霍爾元件系數(shù)，d霍爾元件厚度，若電流Ｉ一定的情況下，測量霍爾電壓就可確定磁感應(yīng)強度。 （三）課堂小結(jié) 
 １、什么是傳感器 
 ２、常見的傳感器元件：  ３、今天通過學(xué)習(xí)我們了解傳感器元件如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，并體會到傳感器技術(shù)的重要意義。 （四）板書設(shè)計 一、傳感器 
非電學(xué)量    傳感器     電學(xué)量 二、常見傳感器元件 
光敏電阻 光照強度轉(zhuǎn)化為電阻   熱敏電阻 溫度轉(zhuǎn)換為電阻 
  電容式傳感器 電容轉(zhuǎn)換為電壓或電流   霍爾元件  磁感應(yīng)強度轉(zhuǎn)化為電壓 （五）布置作業(yè) 
  傳感器及其工作原理練習(xí)題

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