第一篇：选修3-2第六章第2节传感器的应用(一)教案
选修3-2第六章第2节传感器的应用
（一）一．教材分析：《6.2 传感器的应用
（一）》是新人教版高中物理选修3-2第六章第二节的教学内容，主要学习一些简单传感器的应用，以拓宽学生视野为主，原理粗讲课程内容比较简单，不宜讲细。二．教学目标
（一）知识与技能
1．了解力传感器在电子秤上的应用。2．了解声传感器在话筒上的应用。3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。
（二）过程与方法
通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。
（三）情感、态度与价值观
在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。三．教学重点
各种传感器的应用原理及结构。教学难点
各种传感器的应用原理及结构。
四．学情分析：上节课学生学习了传感器及其工作原理，已知道传感器是将非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。对传感器已有了一定认识，本节需继续深入学习具体传感器。五．教学方法 1
实验法、观察法、讨论法。六．教学工具
驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，日光灯起动器（若干）七．课时安排
2课时 八．教学过程
（一）引入新课
师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？
生：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
师：这节课我们来学习传感器的应用。［板书课题］传感器的应用
（一）（二）进行新课
1、传感器应用的一般模式
师：阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。生：阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。
师：下面学习几个传感器应用的实例。2．力传感器的应用——电子秤
师：阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。
（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。
（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ 生：阅读教材，思考并回答问题。
师：总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。
3．声传感器的应用——话筒
师：阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。（1）话筒的作用是什么？
（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。
（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？ 生：阅读教材，思考并回答问题。
生1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。
生2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
生3：电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．
优点：保真度好。
生4：驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。
师：指出：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．
师：演示实验：
生：观察实验现象。
现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。
3．温度传感器的应用——电熨斗
师：温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。
实验：
生：做实验，观察实验现象。
师：电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示）
思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金
属片将怎样起作用？
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？
参考答案：（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
拓展：温度传感器的另一应用——电冰箱的温控装置 如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜质的测温泡1，细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，构成一个温度传感器，膜盒3为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。
5、6分别是电路的动触点盒静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。
自动控温原理：如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜制的测温泡
1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，构成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。
5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9的下端装在机箱上的轴，凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时，1、2、3中的氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3的左端膨胀，推动弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制的压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。温度设定原理：将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧7弹力增大，此时
要将5、6触点接通，所需要的力就要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（例如1级），顺时针旋转凸轮8，控制的温度低一些，控温挡要高一些。
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
传感器的应用
力传感器的应用——电子秤 声传感器的应用——话筒 温度传感器的应用——电熨斗
力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．
（四）实例探究 ☆力传感器的应用
【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 m／s2）．
（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向．
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．
分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N．
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
F1F2ma1
得a14 m/s2 a1与F1同方向，即向前（向右）．
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F10，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F220N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F2ma2，a2=10m/s2，方向向左．
☆温度传感器的应用
【例2】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是（）
①通电后，其电功率先增大，后减小
②通电后，其电功率先减小，后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变
A．①③
B．②③
C．②④
D．①④ 分析：当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t=t1时，P=P1达到最大．当温度由t1升高到t2的过程中增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P=P3= P′，即电热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t 点评：对给定图象的题目，要注意分析图象信息，把握变化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论． ★课余作业 1、课下阅读有关传感器应用的科普类文章，了解有关传感器的应用实例以及工作原理。 2、思考并回答“问题与练习”第1、2题。书面完成第3题。九．板书设计 传感器的应用 一：力传感器的应用——电子秤 （一）二：传感器的应用 声传感器的应用——话筒 三： 温度传感器的应用——电熨斗 四：例题: 十．教学反思 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。★课本“问题与练习”解答 1．（1）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作． （2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度． 2．该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片P在滑动变阻器中央时P、Q等势，电压表指针指中央零点． 这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定． 当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则Q点电势高于P点，则指针应向零点左侧偏转． 3．（1）A、B端（2）由图甲知，t=100℃时R=50Ω，则继电器电路中电流在100℃时，IE，其中RJ为继电器的电阻。 RRRJ代入数据解得，R100 知识改变命运，学习成就未来 课题：传感器的应用 （一）模块：3-2 知识改变命运，学习成就未来 （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。 （3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？ 现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。 3．温度传感器的应用——电熨斗 温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。 做实验，观察实验现象。 电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示） 思考与讨论： （1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？ （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？ 知识改变命运，学习成就未来 【实例探究】 力传感器的应用 【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 m2／s）． （1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向． （2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零． 温度传感器的应用 【例2】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是（） ①通电后，其电功率先增大，后减小 ②通电后，其电功率先减小，后增大 ③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变 ④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 知识改变命运，学习成就未来 6.2 传感器的应用 （一）★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解力传感器在电子秤上的应用。2．了解声传感器在话筒上的应用。3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。 （二）过程与方法 通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。 （三）情感、态度与价值观 在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。★教学重点 各种传感器的应用原理及结构。★教学难点 各种传感器的应用原理及结构。★教学方法 实验法、观察法、讨论法。★教学工具 驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，日光灯起动器（若干）★教学过程 （一）引入新课 师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？ 生：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。 师：这节课我们来学习传感器的应用。 欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 知识改变命运，学习成就未来 ［板书课题］传感器的应用 （一）（二）进行新课 1、传感器应用的一般模式师：阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。 生：阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。 师：下面学习几个传感器应用的实例。2．力传感器的应用——电子秤 师：阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。 （1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。 （3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？ 生：阅读教材，思考并回答问题。 师：总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。 应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。3．声传感器的应用——话筒 师：阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。（1）话筒的作用是什么？ （2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。 欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 知识改变命运，学习成就未来 （3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？ 生：阅读教材，思考并回答问题。 生1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。 生2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 生3：电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压． 优点：保真度好。 生4：驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。 师：指出：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体． 师：演示实验： 生：观察实验现象。 现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。 3．温度传感器的应用——电熨斗 师：温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 知识改变命运，学习成就未来 利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。 实验： 生：做实验，观察实验现象。 师：电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示） 思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？ （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？ 参考答案：（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用． （2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的． （三）课堂总结、点评 欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 知识改变命运，学习成就未来 本节课主要学习了以下几个问题： 传感器的应用 力传感器的应用——电子秤 声传感器的应用——话筒 温度传感器的应用——电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制． （四）实例探究 ☆力传感器的应用 【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 m／s2）． （1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向．（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零． 分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿 知识改变命运，学习成就未来 多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F220N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿 知识改变命运，学习成就未来 思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。★课本“问题与练习”解答 1．（1）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盆体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时拉簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作． （2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度． 2．该同学设计的电路在原理上可行，当滑动片P在滑动变阻器中央时P、Q等势，电压表指针指中央零点． 这个装置可以同时测出加速度大小和方向，大小可通过电压表示数大小表示，方向可通过偏转方向判定． 当物体具有图示方向的加速度a时，滑块向左移，则变阻器右端电阻大，故电流流过滑动变阻器时电势降落大，则Q点电势高于P点，则指针应向零点左侧偏转． 3．（1）A、B端（2）由图甲知，t=100℃时R=50Ω，则继电器电路中电流在100℃时，IE，其中RJ为继电器的电阻。 RRRJ代入数据解得，R100 ★资料袋 动圈式话筒的原理 话筒是把声音转变为电信号的装置．图1是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的． 当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 电容式传感器 图1 欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 知识改变命运，学习成就未来 电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素．如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器． 图2是用来测定角度θ的电容式传感器．当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况． 图3是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质．液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况． 图4是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，就可以知道F的变化情况。 图2 图3 图4 图5 图5是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，就可以知道x的变化情况 实际中有各种各样的传感器．它们都是根据各种物换效应设计而成的，我们在初中学过，导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素，由此可以制成电阻式传感器，用来测定压力、温度等物理量． 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件．传感器输入的是非电学物理量x，输出的是电学量y（图6）。将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理．各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域． 图6 欢迎各位老师踊跃投稿，稿酬丰厚 邮箱：zxjkw@163.com 我讲课的题目是“传感器及其工作原理”，选自人民教育出版社高中物理课程标准实验教科书选修3-2第六章第一节。 (课标要求)《普通高中物理课程标准(实验稿)》对本章内容的内容标准是是知道非电学量转换成电学量的技术意义，通过实验知道常见传感器的工作原理，列举传感器在生活和生产中的应用。活动建议是调查日常生活中的传感器的应用，利用传感器制作简单的自动控制装置。《课标》将“传感器”列为选修3-2模块的二级主题，集中体现了《课标》对科学、技术与社会相互关系的关注，这部分内容也是《课标》中“在课程内容上体现时代性”的一个标志。本节有关技术的内容十分丰富，但是在教学要求上不同于技术课程，它侧重于物理原理在传感技术中的应用。 (说教材)本节课内容是第六章的第一节。第六章是继电磁感应、交变电流之后的一个独立章节，是新课程新增的教学内容，而本节课又是本章的开篇之作。因此本节课既是之后学习的铺垫和准备，也能够充分展现新课程的“让物理贴近生活，让物理走向社会”的理念。本节课内容有“什么是传感器”、“光敏电阻”、“热敏电阻和热金属电阻”以及“霍尔元件”四部分。 本节课教学内容的主要特点是定性研究一些原理性基础知识，但不做定量的计算。教学的关键在于多举例子和多做实验，很多初看起来的很神秘的原理，动手一做就可明白其中的物理奥妙。所以本节课的学习过程应是快乐轻松的，能让学生学到许多与生活相关的实用知识，还能够培养他们理论联系实际的科学素养。 (说学情)本节课的主要学习对象是高二理科学生，他们在之前的学习中已经掌握了有关力、热、电、磁、光等基本知识和原理，尤其有关电路、磁场的内容，这是学习本节课的知识储备。近年来，传感器的应用日益普遍，可以说是处处皆是。俗话说“处处留心皆学问”，那么学生只要细心观察，就肯定会发现生活中的传感器的“影子”。然而，他们此前并没有接触有关传感技术的知识，可能并不知道某些实例是传感器的应用，或者略知一二。这就可以作为本节课教学的经验基础，教学中应充分调动学生的思维，积极回忆和联想生活中传感器实例，让他们感觉到传感器其实就在身边，消除一些同学的学习心理障碍。此外，高中 学生可能并不满足只知道“什么是传感器”和“生活中有哪些传感器”，因此这一兴趣特征就能够激发起学生的探究欲望和自主学习的热情，从而为本节课的实验探究提供了有利条件。 (说教学目标)基于新课程标准的要求和对教材内容的分析，结合学生的实际，我将本节课的教学目标设立为以下三个维度：(可不细说) 知识与技能维度：.知道传感器的概念及基本原理;了解干簧管、光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的特性及其工作原理;知道非电学量转换成电学量的技术意义。 过程与方法维度：.通过对实验和生活实例的观察和分析，了解常见传感器的特性及其工作原理;经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力 情感态度与价值观维度：通过演示实验和动手实验，激发学生的学习兴趣;感受传感技术在信息时代的作用与意义，加强物理与sts的联系;培养学生敢于涉难的科学精神，拓展学生的思维，进一步探讨科技发展给人类带来的利与弊。 (说教学重难点)我认为在实现以上教学目标的过程中，教学重点在于：通过实验观察与分析常见传感器的特性及工作原理;知道非电学量转换为电学量的技术意义。 教学难点是通过实验探究常见传感器的敏感元件的工作特性。 (说教学方法)为了突出重点、突破难点，我根据教育心理学家布鲁纳曾提出过着名的“学科结构论”和发现式学习模式的相关理论，将采用多种方法并用的教学方式完成教学。例如实验演示、讲解、学生>阅读、讨论和分组实验探究等多种教学方法，关注科学探究学习目的的达成。 (说教学过程)综上所述，我将教学过程设计如下： 一、创设物理情境，导入新课。我将用自制的“干簧管”演示仪和音乐茶杯演示实验。这样的实验并不同与平常的原理演示实验，更有利于激发学生学习兴趣。学生会立即对自己所观察的现象产生疑惑，激发探索欲望。也符合《课标》中用生活常见的物品做实验的建议。 二、进行新课教学。首先我将和学生一起来分析为什么磁铁能控制灯泡的亮与灭，向学生介绍干簧管的结构和工作原理。然后举一反三，列举生活中常见的 传感器实例，总结出传感器是将一种物理量转换为另一种物理量的元件，尤其是将非电学量转换成电学量的器件。在认知结构中原有的几个观念的基础上学习一个包容性程度更高的命题，这是一种上位学习模式，借鉴了布鲁纳的发现式学习理论。 接着，我引导学生探索音乐水杯的“奥秘”，利用自制的原理演示仪进一步演示规律和深入研究，进而得出光传感器的关键部件——光敏电阻。此时，学生可能对光敏电阻有很多猜想和假设，我就以此为契机引导他们设计实验来探究光敏随光照强弱的变化规律，让他们在探索中学习，发现中学习。这样既提高他们的学习兴趣和热情，也很好地培养学生的动手能力和科学研究能力。小组合作学习能增强学生的合作意识和责任感。 然后，我将以“空调怎样测室温”的提问转入对热敏电阻与热金属电阻的学习。虽然热敏电阻和光敏电阻的工作特性不同，但可以用类似的方法的来研究它。相同的方法在不同地方也可以运用，培养学生迁移学习的意识，不要拘泥一格。此时要注意提示学生实验不仅有“控制变量法”，还有“对照法”。这些都是常见的科学研究方法，这很有利于培养学生认识和分析实际问题的实践能力。符合《课标》中“发挥实验在物理教学中的重要作用”的要求。 霍尔元件原理的解释其实是一个非常好的自主学习材料。因为霍尔元件看似很新鲜，但其原理却是学生早已熟悉的有关磁场作用力的知识。让学生体验学以致用的喜悦，并认识到从自我认识到交流学习的重要性。因此我将通过ppt展示和提供学习参考材料，引导学生自行学习并组织讨论，并结合相应的练习来评价自学结果。 三、课堂小结。与学生一起回顾教学过程。回顾课堂，建构比较完整的知识体系。 四、布置课后研究性课题。打破习题练习的常规，布置研究性课题，这是新课程的一个重要体现。有助于培养学生理论联系实际、动手实践、科学研究的能力。还可以激发学生学习兴趣，加强物理与sts的联系。 传感器的应用教案 【教学目标】 1.知识与技能:(1)、了解传感器应用的一般模式;(2)、理解应变式力传感器的应用――电子秤的工作原理。(3)、理解声传感器的应用――话筒的工作原理。 4、理解温度传感器的应用――电熨斗的工作原理(5)、会设计简单的有关传感器应用的控制电路。2.过程与方法: 通过实验结合物理学的知识,探究电子秤、话筒、电熨斗等的工作原理,从而了解力传感器、声传感器和温度传感器的一般应用,进一步总结出传感器应用的一般模式。 3.情感、态度与价值观 激发学生的学习兴趣,培养动手能力,提高创新意识,提高物理理论知识与实际相结合的综合实践能力。 【教学重点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学难点】:各种传感器的应用原理及结构。【教学方法】:PPT课件,演示实验,讲授 【教学用具】:小型电子秤,话筒,电熨斗、示波器。【教学过程】 一、引入新课 师:上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量,或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件? 学生思考后回答:光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。这节课我们来学习传感器的应用 二、进行新课 1、传感器应用的一般模式 师:阅读教材开头几段,然后合上书,在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。提示:一般情况下,传感器产生的信号非常微弱,要想触发控制电路,此信号必须进一步放大才可以,所以需要放大电路,即放大器。 生:阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。 师:下面学习几个传感器应用的实例。2.力传感器的应用----电子秤 师:阅读教材61页最后一段,思考并回答问题。 (1)电子秤使用的测力装置是什么?它是由什么元件组成的?(2)简述力传感器的工作原理。 (3)应变片能够把什么力学量转化为什么电学量? 生:阅读教材,思考并回答问题。 生1:电子秤的测力装置是力传感器,它是由一个金属梁和两个应变片一起组成了测力部分。 生2:在金属梁没有力的情况下,金属梁处于水平状态,梁的上下应变片的长度没变且相等,两应变片的电阻大小也相等,当给金属梁施加竖直向下的力时,金属梁会向下弯曲,使得金属梁上面的应变片被拉长,电阻变大,两端电压也变大,而下边的应变片被挤压收缩,电阻变小,两端的电压也减小,使得两应变片两端电压值不相等,存在差值,控制电路就通过这个差值,经过放大电路将差值信号放大,再在显示器上显示出数字,即力F的大小。生3:应变片能够将形变这个力学量转化为电阻这个电学量。 师:总结点评,结合板画强调讲解应变片测力原理。3.声传感器的应用-----话筒 师:阅读教材62页有关内容,思考并回答问题。(1)话筒的作用是什么?(2)说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。 (3)说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么?(4)驻极体话筒的工作原理是什么?有何优点? 生:阅读教材,思考并回答问题。 生1:话筒的作用是把声音信号转化为电信号。 生2:动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动,连接在膜片上的线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。 生3:电容式话筒的工作原理:利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压.优点:保真度好。 生4:驻极体话筒的原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜.优点:体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。 师:指出:驻极体话筒利用了电介质的极化现象:将电介质放入电场中,在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象.某些电介质在电场中被极化后,去掉外加电场,仍然会长期保持被极化的状态,这种材料称为驻极体.师:演示实验: 按照如图所示的连接驻极体话筒的工作电路,话筒的输出端经过隔直电容接到示波器。对着话筒喊话,观察示波器的荧光屏上的波形,再用另外一人同样对话筒喊话,比较两次声音产生的波形有什么不一样。上述过程,就是话筒将声音信号转换为电信号的过程。生:观察实验现象。现象:不同的声波信号,荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。4.温度传感器的应用---电熨斗 师:温度传感器是应用最广泛的传感器之一,它能把温度的高低转变成电信号,通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的.电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验:取一个报废的日光灯启辉器,去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U型的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点,常温下触点是分离的,用火焰靠近金属片,可以看到双金属片的形状变化,与金属丝接触,熄灭火焰,双金属片逐渐恢复原状,两个触点分离。把这个启动器用到温控开关,可以控制小灯泡的亮和灭。生:做实验,观察实验现象。 师:电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。 投影:电熨斗结构图(如图所示)思考与讨论:(1)常温下,上、下触点应是接触的还是分离的?当温度过高时,双金属片将怎样起作用?(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的? 参考答案:(1)常温下,上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺丝带动弹性钢片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制在不同温度的目的.拓展:温度传感器的另一应用----电冰箱的温控装置 如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜质的测温泡1,细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统,里面充有氯甲烷盒它的蒸汽,构成一个温度传感器,膜盒3为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。 5、6分别是电路的动触点盒静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。自动控温原理:如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构,铜制的测温泡 1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统,里面充有氯甲烷和它的蒸汽,构成了一个温度传感器,膜盒为扁圆形,右表面固定,左表面通过小柱体与弹簧片4连接,盒中气体的压强增大时,盒体就会膨胀,测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。 5、6分别是电路的动触点和静触点,控制制冷压缩机的工作,拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上,连杆9的下端装在机箱上的轴,凸轮8是由设定温度的旋钮控制的,逆时针旋转时凸轮连杆上端右移,从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时,1、2、3中的氯甲烷受热膨胀,弹性金属膜盒3的左端膨胀,推动弹簧片4向左转动,使5、6接触,控制的压缩机电路开始工作制冷,当温度下降到一定程度,氯甲烷受冷收缩,5、6又分开,制冷结束,直到下次温度升高再重复上述过程。温度设定原理:将凸轮8逆时针旋转,凸轮将连杆9向右顶,使得弹簧7弹力增大,此时要将5、6触点接通,所需要的力就要大些,温度要高一些,即温控挡应低一些(例如1级),顺时针旋转凸轮8,控制的温度低一些,控温挡要高一些。 (三)典型例题 例1.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b在的示数均为 10 N(取g10 m/s2).(1)若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向.(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零.分析:传感器上所显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,亦即该弹簧对滑块的弹力大小.解:(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力 F114N,右侧弹簧对滑块的向左的推力 F26.0 N.滑块所受合力产生加速度a1,根据牛顿第二定律有 得4 m/s2 a1与F1同方向,即向前(向右).(2)a传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力,因两弹簧相同,左弹簧伸长多少,右弹簧就缩短多少,所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得,a210m/s2,方向向左.例 2、如图5是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在电路中的其它量发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因可能是容器两板间的(A)(A)距离变化(B)正对面积变化(C)介质变化(D)电压变化 【课堂总结】 本节课主要学习了以下几个问题: 力传感器的应用---电子秤 声传感器的应用---话筒 温度传感器的应用---电熨斗 力传感器是把力信号转换成电信号;声传感器是把声音信号转换为电信号,而温度传感器往往是用来进行自动控制.【布置作业】课本P58-59 1、2、3 【板书设计】 第二节:传感器的应用 一、传感器应用的一般模式示意图 二、力传感器的应用---电子秤 三、声传感器的应用----话筒 四、温度传感器的应用---电熨斗 【教学反思】 思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。第二篇：6.2《传感器的应用 (一)》教案(新人教版选修3-2)
第三篇：《传感器的应用(一)》示范教案
第四篇：传感器的应用教案
第五篇：传感器的应用教案
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