傳感器及其工作原理的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

1、傳感器及其工作原理的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)依據(jù)物理（新人教版）選修 32第六章第1節(jié)傳感器及其工作原理（P51 P55）;新物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）.教學(xué)流程圖設(shè)計(jì)傳感器熱電阻光敏電阻半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理利用光敏電阻設(shè)計(jì)音樂(lè)茶杯利用熱敏電阻設(shè)計(jì)火警裝置利用電容利用霍爾效應(yīng)利用滑動(dòng)變阻器說(shuō)一說(shuō)學(xué)生設(shè)計(jì)討論課堂小結(jié)1課堂小結(jié)2課外研究性課題課題第1節(jié) 傳感器及其工作原理教學(xué)目標(biāo)1 .知識(shí)與技能：知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的技術(shù)意義；通過(guò)實(shí)驗(yàn)，知 道常見傳感器的工作原理；初步探究利用和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的傳感器 .2 .過(guò)程與方法：通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，讓學(xué)生了解傳感器、熟 悉傳感器工作原理； 讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的傳

2、感器，經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程， 學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力3 .情感態(tài)度與價(jià)值觀：在理解傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 的傳感器，體驗(yàn)科技創(chuàng)新的樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣重、難點(diǎn)1.幾種常見傳感器的工作原理（演示實(shí)驗(yàn)）；2.學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的傳感器.教學(xué)策略用幾個(gè)有趣的傳感器實(shí)驗(yàn)引入課題，激發(fā)學(xué)生探究傳感器原理的興趣 .給出“傳感器就是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量”的概念之后，重點(diǎn)介紹光敏電阻、 金屬熱電阻、熱敏電阻.安排音樂(lè)茶杯和火警裝置兩個(gè)設(shè)計(jì)性問(wèn)題讓學(xué)生體會(huì) 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用.結(jié)合電容、霍爾效應(yīng)、電阻定律等知識(shí)讓學(xué)生設(shè)計(jì)傳感器， 進(jìn)一步深化傳感器的工作原理.最后在對(duì)本

3、節(jié)課總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合思考與討論進(jìn)行教學(xué)反饋.教 學(xué) 程 序教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容及師生互動(dòng)設(shè)計(jì)情感與方法一.課題 的引入【演示實(shí)驗(yàn)1】干簧管控制電路的通斷如圖，小盒子 A的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開 關(guān)，但是把磁鐵 B放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁鐵移 走，燈泡熄滅.師問(wèn)：盒子里后怎樣的裝置，才能實(shí)現(xiàn)這樣的控制？ 生猜：（可以自由討論，也可以請(qǐng)學(xué)生回答）師生探究：打開盒子，用實(shí)物投影儀展示盒內(nèi)的電路X_二厚（演示實(shí)驗(yàn)1: 干簧管傳感器）圖，了解元件“干簧管”的結(jié)構(gòu)。探明原因：玻璃管內(nèi)封入 兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧 片被磁化而接通，電路導(dǎo)通。所以，干簧管能起到開關(guān)的

4、作 用。師點(diǎn)撥：這個(gè)裝置反過(guò)來(lái)還可以讓我們通過(guò)燈泡的發(fā) 光情況，感知干簧管周圍是否存在著磁場(chǎng)?！狙菔緦?shí)驗(yàn)2】聲光控開關(guān)控制電路的通斷先在普通光照條件下，（干簧管的實(shí)在把開關(guān)置于黑暗環(huán)境中。物及原理圖）師生總結(jié)：聲光控開關(guān)學(xué)生對(duì)干簧二.什么師：剛才的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，都用了一種元件，這些元件能夠管并不熟悉，因是傳感感受某些信息，通過(guò)它能實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)控制，這種兀件有此才有了好奇。器？一個(gè)專門的名稱：傳感器。什么是傳感器呢？它能夠感殳諸聲光控開關(guān)在如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按生活中很普及，照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的所以又有親切通斷。我們把這種元件叫做傳感器

5、。它的優(yōu)點(diǎn)是：把非電學(xué)感量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處 理和控制了。其實(shí)，傳感器并不神秘。你家里可能就有很多的傳感器。請(qǐng)大家相互說(shuō)說(shuō)看，你家里，或者在你的生活當(dāng)中，都使用過(guò)，或聽說(shuō)過(guò)什么樣的電器中有傳感器？生討論并交流：例如，當(dāng)冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定值時(shí)，制冷系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，而當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，制冷系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)停止。冰箱的控制，是通過(guò)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的。樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過(guò)樓道時(shí)，開關(guān)自動(dòng)接通，燈 就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過(guò)，開關(guān)都是斷開的，燈總是不亮，這種開關(guān)用的就是聲光傳感器。為了防止火災(zāi)的發(fā)讓學(xué)生列舉生，在賓館房間的天花板上大多有一個(gè)小盒子，當(dāng)房間失火師生討論

6、時(shí)它能感知出現(xiàn)的煙霧，通過(guò)電路發(fā)出警報(bào)，這個(gè)小盒子就是煙霧傳感器。其他如賓館洗手間的墻壁上干手機(jī)的濕度傳感器、電視機(jī)里換頻道的紅外傳感器、電飯鍋的溫控開關(guān)、養(yǎng)雞場(chǎng)里的孵化器、交警用來(lái)測(cè)駕駛員是否酒后開車的酒精氣體測(cè)試儀、磁懸浮列車?yán)锏募铀俣葴y(cè)試器、電容式話筒里的電容式傳感器、自動(dòng)洗衣機(jī)里的壓力傳感器等等.可以說(shuō)，傳感器的廣泛使用，豐富了我們的生活，使我們的生活更加方便、安全和舒適。三.光敏 電阻師：為了制作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來(lái) 看幾個(gè)實(shí)際的例子?？茖W(xué)漫步:【演示實(shí)驗(yàn)3】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同學(xué)生完成：兩人一組，用萬(wàn)用電表 （由投影儀投出表盤）的歐姆擋測(cè)量一 只

7、光敏電阻的阻值，實(shí)驗(yàn)分別在室內(nèi)自 然光的照射下和用手掌遮光時(shí)進(jìn)行。學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：光敏電阻在暗 環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照射下電阻值很小。師生總結(jié)：光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為 電阻這個(gè)電學(xué)量。（師）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(dǎo)體材料，無(wú) 光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載 流子增多，導(dǎo)電性變好。學(xué)生自學(xué)：半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理四.金屬 熱電阻和 熱敏電阻五.學(xué)生 利用光敏 電阻和熱 敏電阻自 己設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單的控制 電路六.傳感 器的設(shè)計(jì) 思路探究1.電容師問(wèn)：金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)嗎？關(guān)系如何？生答：（金屬

8、導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，如白熾燈 鴇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(jié)：用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為 金屬熱 電阻。如前面已經(jīng)學(xué)過(guò)的用金屬鉗可制作精密的電阻溫度計(jì)。（投影電阻R隨溫度變化的圖線）【演示實(shí)驗(yàn)4】熱敏電阻隨溫度的升高電阻減小學(xué)生兩人一組，用萬(wàn)用電表的歐姆擋測(cè)一只熱敏電阻的 阻值。第一次直接測(cè)量，第二次用手心捂住熱敏電阻再測(cè)量， 記錄兩次測(cè)得的電阻值。學(xué)生探究：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，且阻 值隨溫度變化非常明顯。師生總結(jié)1 :半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。師生總結(jié)2:金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個(gè)熱 學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，金屬熱

9、電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好， 測(cè)溫范圍大，但靈敏度較差?！驹O(shè)計(jì)方案1】音樂(lè)盒（設(shè)計(jì)要求：蓋子打開音樂(lè)響起，蓋子 合上，音樂(lè)停止）【設(shè)計(jì)方案2】火警報(bào)警器（設(shè)計(jì)要求：溫度過(guò)高，發(fā)生警報(bào)）學(xué)生分組討論： 需要什么器材？ 提出設(shè)計(jì)方案； 學(xué)生分兩組實(shí)施組裝；討論并提出改進(jìn)意見； 還可以用于生活中的哪些方面？師：（對(duì)傳感器的工作原理作階段性的小結(jié)）傳感器是 把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件，它使得某些非電學(xué)量容易 測(cè)量或者能實(shí)現(xiàn)電路的自動(dòng)通斷.傳感器的應(yīng)用豐富了我們的生活，使我們的生活更舒適、更安全。但從科技進(jìn)步的角 度來(lái)說(shuō)，傳感器的應(yīng)用還只是淺層次的，更重要的是傳感器 的開發(fā)。那么，傳感器如何進(jìn)行開發(fā)呢？這還得

10、從傳感器的 工作原理入手。例如，電容器電容的決定式為c S-,如4 kd何利用電容的電學(xué)量與非電學(xué)量的關(guān)系設(shè)計(jì)一個(gè)電容式傳感 器？生答：（可能提出4種方案）金屬粕（白金）的這個(gè)特性很明顯_2I1.金屬導(dǎo)線；2.熱敏電阻。（投影，讓學(xué)生來(lái)說(shuō)）可自由討論，不一定要很完美，提出想法就是好的師：投影出四種電容式傳感器，并作原理的分析。2.霍爾元 件3.滑動(dòng)變 阻器七.課堂 小結(jié)及課 外研究性 課題師：1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾觀察到，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)， 導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差叫霍爾

11、電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元 件。如圖，霍爾元件是在一個(gè)很 小的矩形半導(dǎo)體（例如神化錮）薄 片上，制作4個(gè)電極E、F、M、N 而成。若在E、F間通入恒定的電流II,同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏 轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓Uh。這個(gè)電壓叫霍爾電壓，其決定式為Uh k里。式中d為薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，它的 d大小與薄片的材料有關(guān)。師生共析：由上式看，一個(gè)霍爾元件的厚度 d、k為定值, 若保持I恒定，則Uh的變化就與B成正比。也就是說(shuō)：霍爾 元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。 因此，我們可以把霍爾元件放置在某一未知的磁場(chǎng)中，通過(guò) 測(cè)

12、定霍爾電壓U的變化得知該磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。師問(wèn)：霍爾元件還可以有哪些方面的應(yīng)用？師問(wèn)：利用滑動(dòng)變阻器的接入電路阻值與導(dǎo)線長(zhǎng)度成正 比的原理（電阻定律 R 工）可以制成什么樣的傳感器?S生答：（學(xué)生可能分析不到位，可以作一些點(diǎn)撥）電容的測(cè)定：多 用電表的電容 檔師介紹：電容式 壓力傳感器、電 容式位移傳感 器、電容式角度 測(cè)試儀、電容式 電解液液面升 降測(cè)試器霍爾電壓的推 導(dǎo)在選修3-1 中已經(jīng)解決過(guò)， 本節(jié)課不作推 導(dǎo)老師解釋為什 么用霍爾元件 測(cè)微小電流比 用電流表好？學(xué)生分析：磁強(qiáng) 計(jì)、霍爾電流測(cè) 試器、霍爾材料 辨別分壓器、風(fēng)力測(cè) 試儀、電子秤）（師點(diǎn)撥）傳感器是指一些能把光、力、溫

13、度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等非電 學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元器件，它在生活、 生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。日本把傳感器技術(shù)列 為上世紀(jì)八十年代十大技術(shù)之首，美國(guó)把傳感器技術(shù)列為九 十年代的關(guān)鍵技術(shù)，而我國(guó)有關(guān)傳感器的研究和應(yīng)用正方興 未艾，請(qǐng)同學(xué)們課后通過(guò)查詢資料或者向身邊的內(nèi)行人 請(qǐng)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(jié)課進(jìn)行交流。教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)引入傳感器概念，學(xué)生列舉并討論生活中的傳感器實(shí)例，重點(diǎn)探究光敏 電阻、金屬熱電阻和熱敏電阻的工作原理之后展開傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)活動(dòng)，在對(duì)傳感器的應(yīng)教學(xué)內(nèi)容及行為反思記錄用方案的總結(jié)基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)入開發(fā)傳感器的創(chuàng)新思維發(fā)展階段，對(duì)本節(jié)課的教學(xué)思想進(jìn)行質(zhì)的升華。教后 記1、掌握了什么概念？訓(xùn) 練了什么科學(xué)思維方 法？培養(yǎng)了什么科學(xué)情 感？什么是傳感器？傳感器的工作原理；傳感器的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)科技 進(jìn)步的深層次的意義。2、學(xué)生以什么方式主動(dòng) 參與了什么內(nèi)容的研討？學(xué)生彼此介紹生活中的傳感器；學(xué)生自己設(shè)計(jì)音樂(lè)茶杯和火災(zāi)報(bào)警 裝置；學(xué)生根據(jù)傳