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视频标签：传感器,及其工作原理
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视频课题：高中物理人教版选修3-2-6.1传感器及其工作原理-天津
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高中物理人教版选修3-2-6.1传感器及其工作原理-天津市武清区天和城实验中学
§6.1 传感器及其工作原理教学设计
一、教材分析：传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。新课程标准顺应时代发展，对传感器教学提出明确要求。《课程标准》强调传感器教学侧重从技术应用角度展开物理教学。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。
二、设计思路：本节课通过生活中自动门、自动干手机、探测器具体实例启发学生思考，自动化实现的依据是什么？引出本节课教学内容。设计演示实验神秘盒子激发学生学习兴趣和探究欲望。教学过程主要以实验探究为主，通过学生实验、观察、讨论、分析，让学生了解传感器如何将非电学量转化为电学量。基于学生思维能力不成熟，教师引导学生根据光敏电阻和热敏电阻特性对生活实例进行分析。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生体会传感器对生活的重要意义，进而提高学习热情。
三、教学目标 １、知识与技能：
（1）初步认识传感器的用途
（2）了解常见传感器元件（如：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件）的特性和工作原理。
（3）了解电容式传感器的工作原理，并能进行问题分析。
２、过程与方法：
通过探究实验调动学生主观能动性，引导学生进行问题分析，从而理解光敏电阻、 热敏电阻、霍尔元件特性及原理。实验探究过程培养学生观察能力和实践能力。
３、情感态度与价值观：
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。
四、教学重点、难点：
重点：常见传感器元件特性和原理
难点：理解非电学量转换为电学量的技术意义。 五、教学准备[
干簧管，磁铁，光敏电阻，多用电表，二极管小灯泡，多媒体课件等 六 教学方法
实验探究法，观察法，归纳法
七、教学过程
（一）引入新课：
引导学生观看多媒体播放的自动门、自动干手机、探测器的图片。体会自动化生活的便捷。
提出问题：自动化的实现主要依靠什么呢？ 回答：自动化的实现主要依靠传感器。 今天让我一起来学习传感器及其工作原理。 （二）新课教学
一、传感器
通过多媒体动画演示实验，盒子外面没有控制开关，当磁铁放在盒子上时指示灯变亮，磁铁远离盒子时指示灯熄灭。
提出问题：盒子里面有什么装置？
回答问题之前让学生观察下面演示实验，用６Ｖ直流电源将干簧管和二极管小灯炮串联，连接电路时提醒学生二极管单向导通特性，应将电源正极与二极管正接线柱相连。电路连接完让学生观察灯泡状态，灯泡处于暗状态，然后将条形磁铁靠近干簧管，观察小灯泡状态，小灯泡处于亮状态。现在同学们想想盒子里面有什么装置。 回答：干簧管
提出问题：什么是干簧管？干簧管是怎样工作的呢？ 通过多媒体向学生展示干簧管的结构图，干簧管由充有惰性气体的玻璃管和两个磁簧片组成，当没有磁铁时，两磁簧片的触点断开，当磁铁靠近干簧管时，磁簧片被磁化从而异名磁极相互吸引，触点吸合。干簧管将磁信息转换为电路的通断，常应用于电子电路的自动控制开关，像干簧管这样能够将非电学量（力、热、声、光、化学成分）转换成电学量（电压、电流、电路通断）的装置我们称为传感器。 二、常见传感器元件 １、光敏电阻
通过多媒体向学生展示光敏电阻元件。设计实验探究光敏电阻特性。 实验仪器：多用电表和光敏电阻。
实验目的：用多用电表测量遮光、自然光、强光照下光敏电阻阻值并记录实验数据。
实验结论：光照强度越强，电阻阻值越小。
提出问题：为什么光敏电阻会有这样的特性呢？它的工作原理如何？ 利用多媒体播放光敏电阻工作原理动画。 回答：光敏电阻由半导体材料制成，光照强度弱时，半导体内的载流子数量少，导电性能差因此电阻较大，当光照强时，半导体内载流子数量增多，导电性能好，因而电阻减小。
光电计数器实例让学生分小组进行讨论，然后让某组学生说明分析结果，教师进行补充说明。
２、热敏电阻和金属热电阻
多媒体播放探究热敏电阻特性教学视频，让学生通过教学视频总结热敏电阻特性。
提出问题：同学们发现热敏电阻将什么非电学量转换成了什么电学量，并且有什么特性？
回答：热敏电阻将温度转换成电阻，随着温度升高热敏电阻阻值减小。
以上只是对热敏电阻进行定性分析，下面我们利用如图所示实验装置进行实验，绘制热敏电阻和金属热电阻随温度的变化图像，研究热敏电阻随温度的变化关系，并将热敏电阻与金属热电阻进行对比。
根据绘制图像引导学生进行分析热敏电阻和金属热电阻，热敏电阻灵敏度好，稳定性差，测量范围小；金属热电阻灵敏度差，稳定性好，测量范围大。 设计针对性练习，让学生加强对热敏电阻特性的认识。
3、电容式传感器
引导学生回忆之前学习的电容器部分，影响电容器电容的因素有极板间正对面积、间距、板间电介质。
利用多媒体向学生展示常见的四种电容式传感器的工作原理。 提出问题：上面四种电容式传感器通过改变什么因素影响电容，若经信号处理装置后他们分别可以测量哪些非电学量？
回答：第一种通过改变极板间正对面积改变电容，可以测量角度；第二种通过改变极板间正对面积影响电容，可以测量液面高度；第三种通过改变极板间距离影响电容，可测量力；第四种通过改变电介质影响电容，可以测量物体位移。 引导学生对生活中的电容式键盘和手机屏幕进行分析，简单介绍其工作原理。 总结：电容式传感器将面积、角度、距离变化转换成电容变化，若经过信息处理再将电容变化转换成可以测量的电压或电流变化，通过电容式传感器我们可以测量角度、面积、力、位移等非电学量。
５、霍尔元件
通过多媒体向学生展示霍尔元件工作原理图，在磁场中电子受到洛伦兹力发生偏转
一侧极板带上负电，而另外一侧极板由于失去电子而带上正电，因此两极板间产生电势差，此时电子不仅受到洛伦兹力还受到电场力，当二力平衡时电子不再发生偏转，从而获得稳定电压，我们把这个电压称为霍尔电压：
说明其中Ｋ是霍尔元件系数，d霍尔元件厚度，若电流Ｉ一定的情况下，测量霍尔电压就可确定磁感应强度。 （三）课堂小结
１、什么是传感器
２、常见的传感器元件： ３、今天通过学习我们了解传感器元件如何将非电学量转换成电学量，并体会到传感器技术的重要意义。 （四）板书设计 一、传感器
非电学量 传感器 电学量 二、常见传感器元件
光敏电阻 光照强度转化为电阻 热敏电阻 温度转换为电阻
电容式传感器 电容转换为电压或电流 霍尔元件 磁感应强度转化为电压 （五）布置作业
传感器及其工作原理练习题
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