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

《傳感器及其工作原理》教案【教材】普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3－2第六章第一節(jié)【設計說明】在力傳感器和霍爾元件普遍得到應用的今天，新課程順應時代發(fā)展，要求學生了解傳感器的原理及應用。但高考考綱上對本章的要求很低。本節(jié)課的設計思路是通過對實驗的觀察、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、生活、科研中有哪些具體應用。教學時力避深奧的理論，側重于聯(lián)系實際，讓學生感受傳感器的巨大作用，進而提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生熱愛科學的情感和崇尚科學的精神。【教學目標】1.知識與技能：（1）了解應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：通過實驗、觀察、講解、思考、交流討論多種方式突破難點獲取更多的知識。3.情感態(tài)度與價值觀：通過橡皮條彎曲實驗激發(fā)學習的求知欲和實事求是的科學精神，通過觀察傳感器的實物培養(yǎng)學生的理論和實際相結合的能力。通過交流討論培養(yǎng)學生合作意識【設計思路】1．關于課題的引入，利用“體重計”和“血壓計”及“測速儀”生活實例，讓學生進一步感受到“自動控制”應用無處不在，體現(xiàn)物理知識源于生活，服務于生活的基本觀點。關于壓力傳感器教學：教材中只是籠統(tǒng)的介紹，我想深入讓學生了解應變片的結構和金屬架形變內外側的長度的變化。介紹不平衡電橋如何將電阻變化的信息轉化為電壓的信號!書本57頁圖6﹒2-4測量貨車重量的具體工作原理讓學生思考并討論。培養(yǎng)學生深入思考問題的能力。最后介紹拉力傳感器的應用！關于磁敏傳感器特性及原理的教學：通過設計干簧管演示實驗，從定性角度讓學生獲得將磁信號轉變?yōu)殡娦盘柕倪^程！通過設計霍爾元件計數(shù)器演示實驗，從定量的角度讓學生獲得將磁信號轉變?yōu)殡娦盘柕膰乐數(shù)奈锢磉^程！特別是霍爾元件的應用，課本中沒有安排實驗，但在教學中我們是完全可以通過實驗得到的，所以本設計中就設計了一個探究實驗，這樣，課本后問題與練習的第4題就有了具體的落實，更重要的是培養(yǎng)了學生的科學探究能力。最后讓學生展開智慧的翅膀，霍爾元件還可以應用在那些領域！拓展學生思維面！關于本節(jié)內容要培養(yǎng)學生的能力主要有：理論聯(lián)系實際的能力、觀察分析能力、自主合作探究的學習能力。由于本節(jié)內容與人們的生活息息相關，要引導學生查閱資料或上網收集關于傳感器的知識?！窘虒W資源】教材：人民教育出版社《物理》3-2實驗器材：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。【教學設計】教師活動學生活動點評【導入新課】1.展示"電子秤"和"血壓計"照片.2.設問:這兩個生活現(xiàn)象利用的傳感器的特點?3.設問:你能列舉出生活中與此相類似的現(xiàn)象嗎?4.設疑:想知道如何將力信號轉化成電信號的原理嗎?讓我們來共同學習力傳感器的知識.【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.獲得感性認識！2.學生積極思考,要求每位學生至少能在生活中列舉出兩個"自動控制"的實例,并回答交流.從學生熟悉的生活實例導入新課，容易激發(fā)學生學習興趣，引起求知欲望。學生列舉類似實例，可以讓學生知道物理就在我們身邊?！拘抡n教學】一．力傳感器壓力傳感器（1）教師展示電子秤和血壓計等實物或圖片：（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，應變式力傳感器也用來測量各種給力，如汽車和卷揚機的牽引力等。《物理必修1》課本中“用傳感器探究作用力和反作用力的關系”的實驗使用的就是這種傳感器。力傳感器總結:力傳感器電壓應力電壓應力二．磁傳感器實驗：干簧管設問：仔細觀察干簧管，它是怎樣的結構？②為什么干簧管在電路中能起到開關的作用？③干簧管實際上是一種能感知什么量的傳感器？總結：傳感器的結構是在玻璃管內封入的兩個軟磁性材料制成的簧片。當磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關的作用。干簧管實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開關：給繼電器工作線圈一個控制電流，繼電器就吸合，對應的觸點就接通或斷開。在供電電路中，繼電器也被稱為接觸器。干簧管總結:干簧管電路通斷磁場電路通斷磁場霍爾元件1879年美國物理學家霍爾觀察到，在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、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，所產生的電勢差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應做成了霍爾元件。如圖，霍爾元件是在一個很小的矩形半導體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極E、F、M、N而成。若在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的勻強磁場B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個電壓叫霍爾電壓，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。由上式看，一個霍爾元件的厚度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強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量。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強度的變化。霍爾元件還可以有哪些方面的應用？物理選修3-2P62第4題：（探究交流）傳感器電學物理量或電路的通斷非電學物理量傳感器電學物理量或電路的通斷非電學物理量學生觀察教師出示的壓力傳感器實物或圖片，認識其外形和結構。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應變式壓力傳感器便能感知到重量。2．讓學生拆開盒子，找出特殊元件——應變式力傳感器。并展示示意圖！3．向學生展示應變片的結構和特點！4.通過實際操作讓學生觀察彎曲形變的特點，并得出內測和外側彎曲不同的結果！5．展示應變式壓力傳感器的結構如圖所示，主要由雙孔平衡梁和粘貼在梁上的電阻應變片R1—R4組成，電阻應變片一般由敏感柵、基底、粘合劑、引線、蓋片等組成.（結合分發(fā)給學生的實物）6．學生了解如何將力學量轉化成電學量7．引導學生閱讀課本，并回答壓力傳感器是怎樣測量卡車的重量。8.進一步了解力傳感器的應用9．學生結合演示實驗一的現(xiàn)象，同時結合圖片和實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11.通過實物放大投影讓學生認識霍爾元件！12．引導學生觀察課件，搞清金屬和半導體的導電機理。建立載流子的概念。會推導霍爾元件的工作原理。13．通過課后問題與練習讓同學們分析并簡單設計：霍爾電流測試器、磁強計。。12．通過2023年高考試題組織學生相互討論圖象給我們的信息，并能用簡潔的語言表達出來。讓學生了解傳感器廣泛應用！【新課小結】本節(jié)課主要介紹了力傳感器、應變片、干簧管、霍爾器件的原理及其特性，這類元件或者將非電學物理量轉換為電學物理量，或者實現(xiàn)對電路的通斷作用，在生產生活中是有著廣泛的實際技術意義的。【目標