资源简介

教学设计
课程基本信息
课题 《常见传感器的工作原理及应用》
教学目标
1. 物理观念 (1)结合实际生产及生活，展示各种事例及应用，从感性上使学生知道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，从理性上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. 科学思维 (1)用热敏电阻、光敏电阻等常用元器件做实验，了解传感器是如何把非电学量转换成电学量的。 (2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是如何应用到技术中，实现信息采集或自动控制的。 3.科学探究 (1)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置。 (2)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例。 (3)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习拓展相关的知识和技能。 4. 科学态度与责任 在理解传感器工作原理的基础上，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，通过了解国之重器中传感器的重要价值，激发爱国热情。
教学内容
教学重点： 1.认识各种常见的传感器；了解各种敏感元件的工作原理。 2.会分析传感器在生产生活中的应用。 教学难点： 设计电路，理解常见传感器的工作原理及应用，尤其定量分析问题。
教学过程
一、课题的引入 展示生活中各种传感器，让学生感知身边各种传感器。 【设计意图】：用生活中的例子进行导入，从生活中走向物理，结合学生实际感受，启发学生产生认识传感器的愿望和兴趣！凸显传感器在生活中的广泛应用。 二、回顾传感器的工作原理 回顾：上节课我们讲到什么是传感器以及传感器的工作原理，知道了=传感器的工作原理就是用敏感性元件感知诸如声音、光线、温度等非电学量，并将其转换为电学量，在通过信号调整转换电路输送给执行机构或直接通过显示器、数字屏显示。 提问：常见的传感器是怎样感知非电学量并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感性元件制成的传感器又有哪些应用呢？ 【设计意图】：通过回顾和提问引出同学对转换原理的思考，学生明白传感器内部有一个很重要的敏感原件，才使得非电学量转化为电学量，进而想到敏感元件的特性，引发学生的思考。 三、光敏电阻 给学生举自动路灯的例子，引发学生思考：为什么自动路灯能感知光照强弱并控制路灯的亮与熄？ 【演示实验】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同 看演示实验，探究光敏电阻随光照强度电阻变化的阻值变化情况 学生总结实验结果：光敏电阻的特点：光照越强，电阻越小。光照越弱，电阻越大。 （师总结）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。 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。 教师举例：光敏电阻的应用—计数器，并结合光敏电阻的特性介绍一下工作原理。 例1.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的工作原理是（ ） A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 【设计意图】：利用多媒体课件和演示实验，解释实验现象产生的原因，将抽象的物理情境清晰地展现出来，提高学生的感性认识，并且有利于将感性认识上升为理性认识。 四、金属热电阻和热敏电阻 先让学生观看温度自动报警器能感知温度并报警的实验视频，引发学生思考：温度报警器的探针为什么能感知温度呢？ 1.金属热电阻： 师问∶金属导体的导电性能与温度有关吗 关系如何 生答∶（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。（出示图象） 金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的，可用来做电阻温度计。（展示常见的铂温度计） 那我们家里的微波炉使用的传感器是这种热电阻吗？为什么呢？ 学生：不是，因为金属材料对微波辐射具有较强的反射作用，另外用金属材料制作的测温探头在高频电磁场下产生感应电流，使其自身温度升高，对温度测量造成严重干扰。 师：没错，这时候就出现了一种半导体来满足这种测温需求。（引出热敏电阻） 师：热敏电阻具有怎样的特性呢？下面通过实验探究热敏电阻随温度变化阻值变化情况。 【演示实验】：观察热敏电阻的特性 学生总结：半导体材料制成的热敏电阻，阻值会随着温度的升高而减小，具有负温度系数。 师生总结：热敏电阻能够把温度这个热学量转换成为电阻这个电学量。 师介绍：利用金属热电阻和热敏电阻的阻值与温度之间的对应关系，除了可用来测量温度，还可以有其他用处。 一些汽车的低油位报警装置采用热敏电阻来检测油箱的警戒液位。若给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。 例2.(多选)图示是观察阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,下列关于欧姆表示数的变化情况正确的是(　 ) A.如果R为金属热电阻，示数变大且变化非常明显 B.如果R为金属热电阻，示数变大但变化不明显 C.如果R为热敏电阻，示数变小且变化非常明显 D.如果R为热敏电阻，示数变小且变化不明显 【设计意图】：让学生充分理解金属热电阻与热敏电阻的特性，并能抓住它们之间的区别。 五、电阻应变片 师: 除了测量光照和温度，有时候我们还要测量力的大小，那么它应用的应该是那一类的敏感性元件呢？ 我们看这是一个力敏元件，也叫电阻应变片，这类电阻的特点是其阻值与导体的材料、长度、横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。 金属导体在外力作用下发生机械形变（伸长或缩短）时，其电阻随着它所受机械形变的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。金属电阻应变片就是利用这一原理制成的。除了金属电阻应变片外，常用的电阻应变片还有半导体电阻应变片，它的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。 根据电阻应变片的特点，你能试着说一说电子秤的工作原理吗？ 学生回答：（根据上述两张图尝试解释，教师适当引导） 师介绍力传感器在生活中的其他应用。 六、探究位移传感器 师：刚刚我们提到了把光照、温度、力度等转化为电学量的传感器工作原理，那么像位移 、角度、 振动 、速度等等方面的测量，最常用的是电容式传感器。 1.介绍电容式位移传感器的结构； 2.大致介绍电容式位移传感器的工作员原理； 3.让学生思考如何利用电容式传感器测角度、测液面高度、测力的大小。 七、核心素养的提升及课外研究性课题 传感器在生活、生产和科技领域有着非常广泛的应用。芯片，5G、6G通信技术，人工智能，自动驾驶，我们所知道的大国重器，如“辽宁号”“山东号”航空母舰、东风系列洲际弹道导弹，以及世人瞩目的中国空间站，都极度依赖传感器进行工作。例如中国空间站 “天和”核心舱，是空间站的管理和控制中心，负责空间站组合体的统一管理和控制，拥有核心传感器300多个，测量长达900多路信号，这些传感器全部为我国自主研发。希望同学们努力学好科学知识，将来为祖国的科技进步与发展做出贡献。 请同学们课后阅读课本第99页的内容了解另外一种磁传感器，霍尔元件，想一想它的工作原理。并查询资料或者向身边的内行人请教，了解我们生活中都在哪些方面使用了哪些传感器以及它们的工作原理，写成文字稿，下节课进行交流。

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