高中人教物理選擇性必修二5.1 認(rèn)識(shí)傳感器（教學(xué)設(shè)計(jì)）-同步備課

1、第5章傳感器第1節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器本節(jié)初步了解基礎(chǔ)學(xué)科與科技應(yīng)用的關(guān)系，體會(huì)傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種益處，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)視野，并加強(qiáng)物理與社會(huì)發(fā)展的聯(lián)系?！疚锢碛^念】了解基礎(chǔ)學(xué)科與科技應(yīng)用的關(guān)系?！究茖W(xué)思維】了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。【科學(xué)探究】通過觀察、思考和探究，讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時(shí)，經(jīng)歷科學(xué)探究過程?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】認(rèn)識(shí)傳感器，了解傳感器與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，理解并掌握傳感器的

2、三種常見敏感元件的工作原理。【教學(xué)難點(diǎn)】分析傳感器的簡單應(yīng)用電路?！疽胄抡n】想一想：小盒子 A 的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒有開關(guān)。如果把磁體 B 放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁體移走，燈泡熄滅。盒子里有什么樣的裝置，才能出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？ 原來，小盒子中有一種叫作“干簧管”的元件（圖甲），它的結(jié)構(gòu)很簡單，玻璃管內(nèi)封入了兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)（圖乙），兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用，操縱開關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見的“手”。干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器。那么，到底什么是傳感器？ 【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一、 神奇的傳感器傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化

3、學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。傳感器是電子控制系統(tǒng)獲取外部信息的唯一途徑。傳感器的作用：獲得外界輸入信息，并將非電量信息轉(zhuǎn)成電信號(hào)輸出。下面我們來看幾個(gè)生活中的實(shí)例 自動(dòng)門 酒精濃度檢測(cè) 人的感覺器官與傳感器的類比【思考與討論】傳感器的使用使我們的生活更加方便、安全和舒適。生活中，你還發(fā)現(xiàn)哪些地方使用了傳感器？請(qǐng)你根據(jù)需要大膽地設(shè)想：在家里、學(xué)校和生活的社區(qū)，什么地方應(yīng)該安裝傳感器？這些傳感器要起什么作用？探究點(diǎn)二、 傳感器的種類各類傳感器：智能手機(jī)中的部分傳感器探究點(diǎn)三、 傳感器的組成與應(yīng)用模式傳感器的一般結(jié)構(gòu) 敏感元件：是指能直接感受或響應(yīng)外界

4、被測(cè)非電學(xué)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指能將敏感元件輸出的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。它們分別完成檢測(cè)和轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。 并不是所有傳感器都能夠明顯地區(qū)分敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量，它就同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件。這種敏感元件和轉(zhuǎn)換元件二者合一的傳感器是很多的。如左圖的熱電偶溫度計(jì)。 熱電偶溫度計(jì)老師引出：如何應(yīng)用從傳感器獲得的信號(hào)呢？可以用指針式電表或數(shù)字屏等顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)；也可以用來驅(qū)動(dòng)繼電器或其他元件，來執(zhí)行諸如打開管道的閥門、開通或關(guān)閉電動(dòng)機(jī)等動(dòng)作；還可以由計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出更復(fù)雜的指令。傳感器的一般模式【思考與討論】話筒是一種能夠?qū)⒙曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。

5、圖 乙是電容式話筒的組成結(jié)構(gòu)示意圖，話筒的振動(dòng)膜片涂有薄薄的金屬層，膜后相距幾十微米有一個(gè)金屬片（固定電極），它們構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來工作。你能根據(jù)它的工作過程說說各組成元件的作用嗎？ 電容式話筒【科學(xué)漫步】: 機(jī)器人1920 年，捷克斯洛伐克作家卡佩克在一部科幻小說中構(gòu)思了一個(gè)機(jī)器人，名字叫Robot。它可以不吃飯，卻能不知疲倦地工作，展現(xiàn)了人類持續(xù)多年的一種愿望。 1947 年，世界上第一個(gè)機(jī)器人在美國誕生。這是一臺(tái)為反應(yīng)堆搬運(yùn)核燃料的簡單機(jī)器，代替人來從事危險(xiǎn)的工作。此后，由于現(xiàn)代制造業(yè)的需求，有關(guān)機(jī)器人的研究迅速發(fā)展起來。圖5.1-10是

6、幾個(gè)機(jī)器人的實(shí)例。 根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能，可以粗略地把它們分為三代。第一代機(jī)器人對(duì)外界沒有感覺，只能按照編好的程序，由內(nèi)部的計(jì)算機(jī)安排它的動(dòng)作，例如汽車生產(chǎn)線上用于點(diǎn)焊的機(jī)器人。第二代機(jī)器人有了感覺，它身上安裝的傳感器能起到人的感官的作用。例如，利用光傳感器能讓機(jī)器人沿著地面上畫出的白色軌跡運(yùn)動(dòng)；利用圖像傳感器能讓機(jī)器人產(chǎn)生視覺來識(shí)別燒杯和鐵塊，當(dāng)它的手拿著燒杯時(shí)，力傳感器產(chǎn)生觸覺會(huì)使它的手指感知壓力和滑動(dòng)，從而既能拿住又不會(huì)捏碎。第三代是智能機(jī)器人，是人們夢(mèng)寐以求的，也是當(dāng)前正在努力發(fā)展的。它以人工智能理論和現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠自主地從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不斷完善自身的程序，增強(qiáng)自己的功能。機(jī)

7、器人的種類很多。應(yīng)用最廣泛的是工業(yè)機(jī)器人，它們能把人從繁重的體力勞動(dòng)和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來，極大地提高了生產(chǎn)率。服務(wù)型機(jī)器人主要用于清潔、加油、導(dǎo)盲、搶險(xiǎn)等方面。它們通常具有一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)，其上有操作臂，還安裝了觸覺、視覺、聽覺及超聲測(cè)距等傳感器，能夠識(shí)別周邊的環(huán)境、判斷自己的運(yùn)動(dòng)。醫(yī)療機(jī)器人是近些年來發(fā)展迅速的一個(gè)新領(lǐng)域。醫(yī)療機(jī)器人能夠幫助醫(yī)生做復(fù)雜的手術(shù)，減輕醫(yī)生的疲勞，保證手術(shù)的精確和成功?？臻g機(jī)器人是最復(fù)雜、最昂貴的機(jī)器人，用于探測(cè)太空，我國探月工程中使用的玉兔號(hào)巡視器（章首圖）就是一個(gè)典型代表。 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)器人變得越來越“聰明”，它們是否有一天會(huì)完全取代人類的工作？

8、人類的前途是否堪憂？實(shí)際上，科技本身并沒有好壞之分，是人類決定了如何去使用它。面對(duì)科技進(jìn)步，人類應(yīng)該衡量和思考，該如何運(yùn)用這些技術(shù)才會(huì)對(duì)社會(huì)更有益，使世界變得更加美好。課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié)1.傳感器：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測(cè)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號(hào)輸出。2.傳感器的分類：物理傳感器：包括力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等物理傳感器；化學(xué)傳感器：包括離子傳感器、氣體傳感器等化學(xué)傳感器；生物傳感器：包括酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器，?xì)胞傳感器等生物傳感器。傳感器的組成與應(yīng)用模式：隨堂練習(xí)例1、(多選)如圖電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)

9、體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)，在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。由以上信息可知，下列說法中正確的是( )A電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小【答案】：ABD【解析】：電容式

10、觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，故選項(xiàng)A正確；手指和屏的接觸面積大小會(huì)影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對(duì)面積越大，電容越大，故選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤。例2、（多選）下列說法正確的是( )A傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)B干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器C傳感器不是電視遙控接收器的主要元件D傳感器是把力、溫度、光、聲、化學(xué)成分轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的主要工具【答案】 ABD【解析】傳感器的任務(wù)就是采集信息，A對(duì)；干簧管是由平行不接觸的兩個(gè)極易被磁化的軟鐵片組成的，它靠近磁場(chǎng)時(shí)被磁化后相互吸引而接觸，B對(duì)；由傳感器的定義知D對(duì)例3、（單選）人類發(fā)射的繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的所有航天器，在軌道上工作時(shí)都需要電能，所需要的電能都是由太陽能電池把太陽能轉(zhuǎn)化為電能得到的，要求太陽能電池板總是對(duì)準(zhǔn)太陽，為達(dá)到這一要求應(yīng)利用下列哪種傳感器來感知太陽方位()A力傳感器 B光傳感器C溫度傳感器 D生物傳感器【答案】B【解析】太陽帆的有效采光面積不同，所產(chǎn)生的電流不同，當(dāng)電流最大時(shí)正對(duì)太陽，所以應(yīng)用的是光傳感器，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤例4、（單選）如圖所示是一自動(dòng)控制電路示意圖，R1為光敏電阻