傳感器的應(yīng)用一教案

1、6.2 傳感器的應(yīng)用(一)教案【教學(xué)目標(biāo)】1 .知識(shí)與技能：(1)、了解傳感器應(yīng)用的一般模式；(2)、理解應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用一一電子秤的工作原理。(3)、理解聲傳感器的應(yīng)用一一話筒的工作原理。(4)、理解溫度傳感器的應(yīng)用一一電熨斗的工作原理(5)、會(huì)設(shè)計(jì)簡單的有關(guān)傳感器應(yīng)用的控制電路。2 .過程與方法：通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)，探究電子秤、話筒、電熨斗等的工作原理，從而了解力傳感器、聲傳感器和溫度傳感器的一般應(yīng)用，進(jìn)一步總結(jié)出傳感器應(yīng)用的 一般模式。3 .情感、態(tài)度與價(jià)值觀激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新意識(shí)，提高物理理論知識(shí)與實(shí)際 相結(jié)合的綜合實(shí)踐能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】：各種傳感器的

2、應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。【教學(xué)方法】：PPT課件，演示實(shí)驗(yàn)，講授【教學(xué)用具】：小型電子秤，話筒，電熨斗、示波器?！窘虒W(xué)過程】一、引入新課師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類元件。請(qǐng)大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？學(xué)生思考后回答： 光敏電阻將 光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量 轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)傳感

3、器的應(yīng)用二、進(jìn)行新課1、傳感器應(yīng)用的一般模式師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。提示：一般情況下，傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱， 要想觸發(fā)控制電路， 此信號(hào)必須進(jìn)一步放大才可以，所以需要放大電路，即放大器。生：閱讀教材并在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。師：下面干習(xí)幾個(gè)傳號(hào)器應(yīng)用,實(shí)例。2-力傳感器解蝴一二轉(zhuǎn)換或放大電路 1*|儀表顯示一微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)變片師：閱讀教材61頁最后一段，思考并回答問題。(1)電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（ 2）簡述力傳感器的工作原理。（ 3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？生：閱讀教材，思考并回

4、答問題。生 1： 電子秤的測(cè)力裝置是力傳感器，它是由一個(gè)金屬梁和兩個(gè)應(yīng)變片一起組成了測(cè)力部分。生 2：在金屬梁沒有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長度沒變且相等， 兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時(shí)，金屬梁會(huì)向下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相等，存在差值，控制電路就通過這個(gè)差值，經(jīng)過放大電路將差值信號(hào)放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F 的大小。生 3：應(yīng)變片能夠?qū)⑿巫冞@個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。師：總結(jié)點(diǎn)評(píng)，結(jié)合板畫強(qiáng)調(diào)講解應(yīng)變片測(cè)力原理。3

5、聲傳感器的應(yīng)用話筒師：閱讀教材62頁有關(guān)內(nèi)容，思考并回答問題。（ 1）話筒的作用是什么？（ 2）說明動(dòng)圈式話筒的工作原理和工作過程。（ 3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？（ 4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？生：閱讀教材，思考并回答問題。生1：話筒的作用是把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。生 2：動(dòng)圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動(dòng)，連接在膜片上的線圈隨著一起振動(dòng)，線圈在永磁體的磁場里振動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號(hào)） ，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個(gè)信號(hào)電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。生

6、3： 電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M 和固定電極 N 形成一個(gè)電容器，被直流電源充電當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R 兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓 優(yōu)點(diǎn) ：保真度好。生 4：駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。師：指出：駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場中，在前后兩個(gè)表面上會(huì)分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象某些電介質(zhì)在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會(huì)長期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體.師：演示實(shí)驗(yàn)：按照如圖所示的

7、連接駐極體話筒的工作電路，話筒的輸出端經(jīng)過隔直電容接到示波器。對(duì)著話筒喊話，觀察示波器的熒光屏上的波形，再用另外一人同樣對(duì)話筒喊話，比較兩次聲音產(chǎn)生的波形有什么不一樣。上述過程，就是話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程。生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?，F(xiàn)象：不同的聲波信號(hào)，熒光屏上顯示的波形不同。 說明話筒產(chǎn)生的電信號(hào)是由接收到 的聲波控制的。4溫度傳感器的應(yīng)用一一電熨斗師：溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的.電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。實(shí)驗(yàn)：取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外殼，敲碎窟泡的玻璃，可以看到一個(gè)U型的雙

8、金屬片，雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰靠近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬 片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。生：做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。師：電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。投影：電熨斗結(jié)構(gòu)圖(如圖所示)思考與討論：(1)常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起 作用？(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí) 現(xiàn)的？參考答案：(1)常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高

9、時(shí)，由于雙金屬片受熱膨 脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而 切斷電源，停止加熱.溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀， 重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行， 起到自動(dòng)控制溫度的作用.達(dá)到控制在不同溫度的目的.(2)熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降 螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，拓展：溫度傳感器的另一應(yīng)用一一電冰箱的溫控裝置如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測(cè)溫泡1,細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器，膜盒 3為扁圓形，右表面固定，左表面

10、通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡 1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動(dòng)觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作， 拉簧7的兩端分別連接到彈簧片 4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪 8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧 7的拉力。自動(dòng)控溫原理：如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅制的測(cè)溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器，膜盒為扁圓形，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會(huì)膨脹，測(cè)溫泡 1安裝在冰箱的冷藏室中。

11、5、6分別是電7的兩端分別連接到彈簧片和8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高3的左端膨脹，推動(dòng)彈簧片 4向左路的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧 連桿9上，連桿9的下端裝在機(jī)箱上的軸，凸輪 時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對(duì)彈簧 時(shí)，1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒轉(zhuǎn)動(dòng)，使5、6接觸，控制的壓縮機(jī)電路開始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定程度，氯 甲烷受冷收縮，5、6又分開，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再重復(fù)上述過程。溫度設(shè)定原理：將凸輪8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿 9向右頂，使得彈簧 7彈力增大，此時(shí)要將5、6觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高一些，即溫

12、控?fù)鯌?yīng)低一些（例如1級(jí)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)凸輪 8,控制的溫度低一些，控溫?fù)跻咭恍＃ㄈ┑湫屠}例1.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器.用兩根相同的 輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為 2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動(dòng)，兩彈簧的另一端分別壓在傳感 器a b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向 固定在汽車上，傳感器 b在前，彳感器a在后.汽車靜止時(shí)，傳感器 a b在的示數(shù) 均為 10 N （取 g=10 m/s2）.（1）若傳感器a的示數(shù)為14 N、b的示數(shù)為6.0 N,求此時(shí)汽車的加

13、速度大小和方向.（2）當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器 a的示數(shù)為零.分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對(duì)傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此 即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對(duì)滑塊的彈力大小.解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力E=14N,右側(cè)彈簧對(duì)滑塊的向左的推力 F2=6.0 N .儀I滑塊所受合力產(chǎn)生加速度 7,根據(jù)牛頓第二定律有一得 a1 -4 m/s2&與F1同方向，即向前（向右）(2) a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力FJ = 0,因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少,右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镕2 = 20NO滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛

14、頓 第二定律得F2' = ma2, a2=10m/s 2,方向向左.例2、如圖5是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動(dòng)膜前面鍍有 薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成 電容器的兩極，在兩極間加一電壓U,人對(duì)著話筒說話時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩 板間的(A(A)距離變化(B)正對(duì)面積變化(C)介質(zhì)變化(D)電壓變化例3.如圖9所示是一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖。薄金屬片P固定有4個(gè)電阻R、R、R3、R (如圖

15、10所示)，左邊是它的側(cè)面圖這四個(gè)電阻連接成電路如圖 11所示，試回答下列問題：(1)開始時(shí)金屬片中央 O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無示數(shù)，則4個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系？(2)當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變，這時(shí) 4個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻 大小如何變化？(3)電阻變化后，電阻的 A B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電壓高？它為什么能測(cè)量電壓？加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上的(由上圖)，因此R、R被拉長，R、R被拉寬。)解析：(1)本題是電路中 A、B兩點(diǎn)間電壓與 4個(gè)電阻的關(guān)系，由于電壓表的電阻可看作 無窮大，因此本電路是R、R的串聯(lián)電路與 R、R4的串聯(lián)電路并聯(lián)，伏特表電

16、路相當(dāng)于一根電橋，要使伏特表無讀數(shù)，即 A B兩點(diǎn)電勢(shì)相等則有：R/R= R/R4或RR4= RR。(2)當(dāng)O點(diǎn)加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上 的(由上圖)，因此R、R被拉長，R、R被拉寬，根據(jù)電阻定率，則 R、R增大，R、R減 小，顯然，這時(shí) A B兩點(diǎn)電壓不再相等。(3)電阻增大，電壓降增大，電阻減小，電壓降減小，故在R、R的串聯(lián)電路上 R上的電壓降增大，R、R串聯(lián)電路上 R電壓降減小，所以 A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓。測(cè)量血壓時(shí)，血 壓越高，壓力F越大，金屬片形變?cè)斤@著，電阻變化越大，因而電壓表示數(shù)越大，于是就能 根據(jù)電壓表示數(shù)的大小來測(cè)量血壓的高低了。當(dāng)然在實(shí)際上由于金屬片形變較小，所以電阻 變化也較小，A、B兩點(diǎn)間電壓還要經(jīng)過放大才能通過電表指示出來，有的還可以轉(zhuǎn)換成數(shù) 字顯示出來?！菊n堂總結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：傳感器的應(yīng)用一一電子秤傳感器的應(yīng)用聲傳感器的應(yīng)用一一話筒溫度傳感器的應(yīng)用一一電熨斗力傳感器是把力I信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；