資源簡介

教學設計
課程基本信息
課題 《常見傳感器的工作原理及應用》
教學目標
1. 物理觀念 (1)結合實際生產及生活，展示各種事例及應用，從感性上使學生知道非電學量轉換成電學量的技術意義。 (2)通過實驗，對傳感器中常見的敏感元件加以了解，從理性上知道它們的工作原理。 (3)通過分析大量傳感器在生產和生活中的應用，了解傳感器是如何工作的，并會結合原有的電學知識設計一些簡單的傳感器電路。 2. 科學思維 (1)用熱敏電阻、光敏電阻等常用元器件做實驗，了解傳感器是如何把非電學量轉換成電學量的。 (2)通過對實際傳感器工作原理的分析，了解傳感器是如何應用到技術中，實現信息采集或自動控制的。 3.科學探究 (1)結合生活實際，在課外或家庭活動中設計組裝簡單的自動控制裝置。 (2)通過調查、上網或從圖書館查閱相關資料，列舉傳感器的應用實例。 (3)根據設計與制作的需要，通過多種方式學習拓展相關的知識和技能。 4. 科學態度與責任 在理解傳感器工作原理的基礎上，知道已學知識在生活、生產、科技社會中的價值，通過了解國之重器中傳感器的重要價值，激發愛國熱情。
教學內容
教學重點： 1.認識各種常見的傳感器；了解各種敏感元件的工作原理。 2.會分析傳感器在生產生活中的應用。 教學難點： 設計電路，理解常見傳感器的工作原理及應用，尤其定量分析問題。
教學過程
一、課題的引入 展示生活中各種傳感器，讓學生感知身邊各種傳感器。 【設計意圖】：用生活中的例子進行導入，從生活中走向物理，結合學生實際感受，啟發學生產生認識傳感器的愿望和興趣！凸顯傳感器在生活中的廣泛應用。 二、回顧傳感器的工作原理 回顧：上節課我們講到什么是傳感器以及傳感器的工作原理，知道了=傳感器的工作原理就是用敏感性元件感知諸如聲音、光線、溫度等非電學量，并將其轉換為電學量，在通過信號調整轉換電路輸送給執行機構或直接通過顯示器、數字屏顯示。 提問：常見的傳感器是怎樣感知非電學量并將其轉換為電學量的呢？利用不同的敏感性元件制成的傳感器又有哪些應用呢？ 【設計意圖】：通過回顧和提問引出同學對轉換原理的思考，學生明白傳感器內部有一個很重要的敏感原件，才使得非電學量轉化為電學量，進而想到敏感元件的特性，引發學生的思考。 三、光敏電阻 給學生舉自動路燈的例子，引發學生思考：為什么自動路燈能感知光照強弱并控制路燈的亮與熄？ 【演示實驗】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同 看演示實驗，探究光敏電阻隨光照強度電阻變化的阻值變化情況 學生總結實驗結果：光敏電阻的特點：光照越強，電阻越小。光照越弱，電阻越大。 （師總結）工作原理∶光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。光敏電阻是由硫化鎘制成的，硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好。 師生總結∶光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量。 教師舉例：光敏電阻的應用—計數器，并結合光敏電阻的特性介紹一下工作原理。 例1.如圖所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數器的工作原理是（ ） A．當有光照射R1時，信號處理系統獲得高電壓 B．當有光照射R1時，信號處理系統獲得低電壓 C．信號處理系統每獲得一次低電壓就計數一次 D．信號處理系統每獲得一次高電壓就計數一次 【設計意圖】：利用多媒體課件和演示實驗，解釋實驗現象產生的原因，將抽象的物理情境清晰地展現出來，提高學生的感性認識，并且有利于將感性認識上升為理性認識。 四、金屬熱電阻和熱敏電阻 先讓學生觀看溫度自動報警器能感知溫度并報警的實驗視頻，引發學生思考：溫度報警器的探針為什么能感知溫度呢？ 1.金屬熱電阻： 師問∶金屬導體的導電性能與溫度有關嗎 關系如何 生答∶（金屬導體的電阻隨溫度的升高而增大，如白熾燈鎢絲的電阻在正常工作情況下比常溫下的電阻大得多） 師生總結∶用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為金屬熱電阻。（出示圖象） 金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。常用的一種熱電阻是用鉑制作的，可用來做電阻溫度計。（展示常見的鉑溫度計） 那我們家里的微波爐使用的傳感器是這種熱電阻嗎？為什么呢？ 學生：不是，因為金屬材料對微波輻射具有較強的反射作用，另外用金屬材料制作的測溫探頭在高頻電磁場下產生感應電流，使其自身溫度升高，對溫度測量造成嚴重干擾。 師：沒錯，這時候就出現了一種半導體來滿足這種測溫需求。（引出熱敏電阻） 師：熱敏電阻具有怎樣的特性呢？下面通過實驗探究熱敏電阻隨溫度變化阻值變化情況。 【演示實驗】：觀察熱敏電阻的特性 學生總結：半導體材料制成的熱敏電阻，阻值會隨著溫度的升高而減小，具有負溫度系數。 師生總結：熱敏電阻能夠把溫度這個熱學量轉換成為電阻這個電學量。 師介紹：利用金屬熱電阻和熱敏電阻的阻值與溫度之間的對應關系，除了可用來測量溫度，還可以有其他用處。 一些汽車的低油位報警裝置采用熱敏電阻來檢測油箱的警戒液位。若給熱敏電阻通以一定的電流，熱敏電阻會發熱。當液面高于熱敏電阻的高度時，熱敏電阻發出的熱量會被液體帶走，溫度基本不變，阻值較大，指示燈不亮。當液體減少、熱敏電阻露出液面時，發熱導致它的溫度上升、阻值較小，指示燈亮。通過判斷熱敏電阻的阻值變化，就可以知道液面是否低于設定值。 例2.(多選)圖示是觀察阻值隨溫度變化情況的示意圖。現在把杯中的水由冷水變為熱水,下列關于歐姆表示數的變化情況正確的是(　 ) A.如果R為金屬熱電阻，示數變大且變化非常明顯 B.如果R為金屬熱電阻，示數變大但變化不明顯 C.如果R為熱敏電阻，示數變小且變化非常明顯 D.如果R為熱敏電阻，示數變小且變化不明顯 【設計意圖】：讓學生充分理解金屬熱電阻與熱敏電阻的特性，并能抓住它們之間的區別。 五、電阻應變片 師: 除了測量光照和溫度，有時候我們還要測量力的大小，那么它應用的應該是那一類的敏感性元件呢？ 我們看這是一個力敏元件，也叫電阻應變片，這類電阻的特點是其阻值與導體的材料、長度、橫截面積有關。當金屬絲受到拉力時，長度變長、橫截面積變小，導致電阻變大；當金屬絲受到壓力時，長度變短、橫截面積變大，導致電阻變小。 金屬導體在外力作用下發生機械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發生變化的現象，稱為金屬的電阻應變效應。金屬電阻應變片就是利用這一原理制成的。除了金屬電阻應變片外，常用的電阻應變片還有半導體電阻應變片，它的工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。 電阻應變片能夠把物體形變這個力學量轉換為電阻這個電學量。 根據電阻應變片的特點，你能試著說一說電子秤的工作原理嗎？ 學生回答：（根據上述兩張圖嘗試解釋，教師適當引導） 師介紹力傳感器在生活中的其他應用。 六、探究位移傳感器 師：剛剛我們提到了把光照、溫度、力度等轉化為電學量的傳感器工作原理，那么像位移 、角度、 振動 、速度等等方面的測量，最常用的是電容式傳感器。 1.介紹電容式位移傳感器的結構； 2.大致介紹電容式位移傳感器的工作員原理； 3.讓學生思考如何利用電容式傳感器測角度、測液面高度、測力的大小。 七、核心素養的提升及課外研究性課題 傳感器在生活、生產和科技領域有著非常廣泛的應用。芯片，5G、6G通信技術，人工智能，自動駕駛，我們所知道的大國重器，如“遼寧號”“山東號”航空母艦、東風系列洲際彈道導彈，以及世人矚目的中國空間站，都極度依賴傳感器進行工作。例如中國空間站 “天和”核心艙，是空間站的管理和控制中心，負責空間站組合體的統一管理和控制，擁有核心傳感器300多個，測量長達900多路信號，這些傳感器全部為我國自主研發。希望同學們努力學好科學知識，將來為祖國的科技進步與發展做出貢獻。 請同學們課后閱讀課本第99頁的內容了解另外一種磁傳感器，霍爾元件，想一想它的工作原理。并查詢資料或者向身邊的內行人請教，了解我們生活中都在哪些方面使用了哪些傳感器以及它們的工作原理，寫成文字稿，下節課進行交流。

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