高中物理人教版2第六章傳感器1傳感器及其工作原理 省賽獲獎(jiǎng)

《傳感器及其工作原理》教案【教材】普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》選修3－2第六章第一節(jié)【設(shè)計(jì)說明】在力傳感器和霍爾元件普遍得到應(yīng)用的今天，新課程順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，要求學(xué)生了解傳感器的原理及應(yīng)用。但高考考綱上對本章的要求很低。本節(jié)課的設(shè)計(jì)思路是通過對實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和討論，深入了解力傳感器和霍爾元件的工作原理和在生產(chǎn)、生活、科研中有哪些具體應(yīng)用。教學(xué)時(shí)力避深?yuàn)W的理論，側(cè)重于聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感和崇尚科學(xué)的精神?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.知識(shí)與技能：（1）了解應(yīng)變式力傳感器的特性及其工作原理。（2）了解不平衡電橋在測量中的應(yīng)用。（3）掌握霍爾元件的特性及其工作原理。2.過程方法：通過實(shí)驗(yàn)、觀察、講解、思考、交流討論多種方式突破難點(diǎn)獲取更多的知識(shí)。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過橡皮條彎曲實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)習(xí)的求知欲和實(shí)事求是的科學(xué)精神，通過觀察傳感器的實(shí)物培養(yǎng)學(xué)生的理論和實(shí)際相結(jié)合的能力。通過交流討論培養(yǎng)學(xué)生合作意識(shí)【設(shè)計(jì)思路】1．關(guān)于課題的引入，利用“體重計(jì)”和“血壓計(jì)”及“測速儀”生活實(shí)例，讓學(xué)生進(jìn)一步感受到“自動(dòng)控制”應(yīng)用無處不在，體現(xiàn)物理知識(shí)源于生活，服務(wù)于生活的基本觀點(diǎn)。關(guān)于壓力傳感器教學(xué)：教材中只是籠統(tǒng)的介紹，我想深入讓學(xué)生了解應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和金屬架形變內(nèi)外側(cè)的長度的變化。介紹不平衡電橋如何將電阻變化的信息轉(zhuǎn)化為電壓的信號(hào)!書本57頁圖6﹒2-4測量貨車重量的具體工作原理讓學(xué)生思考并討論。培養(yǎng)學(xué)生深入思考問題的能力。最后介紹拉力傳感器的應(yīng)用！關(guān)于磁敏傳感器特性及原理的教學(xué)：通過設(shè)計(jì)干簧管演示實(shí)驗(yàn)，從定性角度讓學(xué)生獲得將磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的過程！通過設(shè)計(jì)霍爾元件計(jì)數(shù)器演示實(shí)驗(yàn)，從定量的角度讓學(xué)生獲得將磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢磉^程！特別是霍爾元件的應(yīng)用，課本中沒有安排實(shí)驗(yàn)，但在教學(xué)中我們是完全可以通過實(shí)驗(yàn)得到的，所以本設(shè)計(jì)中就設(shè)計(jì)了一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，這樣，課本后問題與練習(xí)的第4題就有了具體的落實(shí)，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。最后讓學(xué)生展開智慧的翅膀，霍爾元件還可以應(yīng)用在那些領(lǐng)域！拓展學(xué)生思維面！關(guān)于本節(jié)內(nèi)容要培養(yǎng)學(xué)生的能力主要有：理論聯(lián)系實(shí)際的能力、觀察分析能力、自主合作探究的學(xué)習(xí)能力。由于本節(jié)內(nèi)容與人們的生活息息相關(guān)，要引導(dǎo)學(xué)生查閱資料或上網(wǎng)收集關(guān)于傳感器的知識(shí)。【教學(xué)資源】教材：人民教育出版社《物理》3-2實(shí)驗(yàn)器材：電子秤、力傳感器、象皮條、干簧管、磁鐵、電源、燈泡等。課件：包含各視頻或圖片資源?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)】教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)點(diǎn)評【導(dǎo)入新課】1.展示"電子秤"和"血壓計(jì)"照片.2.設(shè)問:這兩個(gè)生活現(xiàn)象利用的傳感器的特點(diǎn)?3.設(shè)問:你能列舉出生活中與此相類似的現(xiàn)象嗎?4.設(shè)疑:想知道如何將力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的原理嗎?讓我們來共同學(xué)習(xí)力傳感器的知識(shí).【引入課題】傳感器及其工作原理1.觀看圖片,從中找出它們的共同點(diǎn).獲得感性認(rèn)識(shí)！2.學(xué)生積極思考,要求每位學(xué)生至少能在生活中列舉出兩個(gè)"自動(dòng)控制"的實(shí)例,并回答交流.從學(xué)生熟悉的生活實(shí)例導(dǎo)入新課，容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起求知欲望。學(xué)生列舉類似實(shí)例，可以讓學(xué)生知道物理就在我們身邊?！拘抡n教學(xué)】一．力傳感器壓力傳感器（1）教師展示電子秤和血壓計(jì)等實(shí)物或圖片：（2）工作原理(3)電子秤測量汽車重量的示意圖拉力傳感器除重力以外，應(yīng)變式力傳感器也用來測量各種給力，如汽車和卷揚(yáng)機(jī)的牽引力等。《物理必修1》課本中“用傳感器探究作用力和反作用力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)使用的就是這種傳感器。力傳感器總結(jié):力傳感器電壓應(yīng)力電壓應(yīng)力二．磁傳感器實(shí)驗(yàn)：干簧管設(shè)問：仔細(xì)觀察干簧管，它是怎樣的結(jié)構(gòu)？②為什么干簧管在電路中能起到開關(guān)的作用？③干簧管實(shí)際上是一種能感知什么量的傳感器？總結(jié)：傳感器的結(jié)構(gòu)是在玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，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。干簧管實(shí)際上是一種能感知磁場的傳感器。干簧繼電器繼電器是一種使用在較低的電壓或較小電流的電路上，用來接通或切斷較高電壓、較大電流的電路的電氣元件，也許可以這樣說：用來控制較高電壓或較大功率的電路的電動(dòng)開關(guān)：給繼電器工作線圈一個(gè)控制電流，繼電器就吸合，對應(yīng)的觸點(diǎn)就接通或斷開。在供電電路中，繼電器也被稱為接觸器。干簧管總結(jié):干簧管電路通斷磁場電路通斷磁場霍爾元件1879年美國物理學(xué)家霍爾觀察到，在勻強(qiáng)磁場中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾電壓。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（例如砷化銦）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I，同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場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。式中為薄片的厚度，為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)。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：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中，通過測定霍爾電壓U的變化得知該磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。霍爾元件還可以有哪些方面的應(yīng)用？物理選修3-2P62第4題：（探究交流）傳感器電學(xué)物理量或電路的通斷非電學(xué)物理量傳感器電學(xué)物理量或電路的通斷非電學(xué)物理量學(xué)生觀察教師出示的壓力傳感器實(shí)物或圖片，認(rèn)識(shí)其外形和結(jié)構(gòu)。我們生活中常用的電子稱用到了壓力傳感器。剛重物放置在托盤上時(shí)應(yīng)變式壓力傳感器便能感知到重量。2．讓學(xué)生拆開盒子，找出特殊元件——應(yīng)變式力傳感器。并展示示意圖！3．向?qū)W生展示應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)！4.通過實(shí)際操作讓學(xué)生觀察彎曲形變的特點(diǎn)，并得出內(nèi)測和外側(cè)彎曲不同的結(jié)果！5．展示應(yīng)變式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由雙孔平衡梁和粘貼在梁上的電阻應(yīng)變片R1—R4組成，電阻應(yīng)變片一般由敏感柵、基底、粘合劑、引線、蓋片等組成.（結(jié)合分發(fā)給學(xué)生的實(shí)物）6．學(xué)生了解如何將力學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量7．引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，并回答壓力傳感器是怎樣測量卡車的重量。8.進(jìn)一步了解力傳感器的應(yīng)用9．學(xué)生結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)一的現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合圖片和實(shí)物相互討論分析干簧管的工作原理。10．介紹干簧繼電器的原理及特點(diǎn)11.通過實(shí)物放大投影讓學(xué)生認(rèn)識(shí)霍爾元件！12．引導(dǎo)學(xué)生觀察課件，搞清金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理。建立載流子的概念。會(huì)推導(dǎo)霍爾元件的工作原理。13．通過課后問題與練習(xí)讓同學(xué)們分析并簡單設(shè)計(jì)：霍爾電流測試器、磁強(qiáng)計(jì)。。12．通過2023年高考試題組織學(xué)生相互討論圖象給我們的信息，并能用簡潔的語言表達(dá)出來。讓學(xué)生了解傳感器廣泛應(yīng)用！【新課小結(jié)】本節(jié)課主要介紹了力傳感器、應(yīng)變片、干簧管、霍爾器件的原理及其特性，這類元件或者將非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量，或者實(shí)現(xiàn)對電路的通斷作用，在生產(chǎn)生活中是有著廣泛的實(shí)際技術(shù)意義的。【目標(biāo)