《傳感器的應用》教案新人教

6．2傳感器的應用（一）教案★新課標要求（一）知識與技能1．了解力傳感器在電子秤上的應用。2．了解聲傳感器在話筒上的應用。3．了解溫度傳感器在電熨斗上的應用。（二）過程與方法通過實驗或演示實驗，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應用。（三）情感、態(tài)度與價值觀在了解傳感器原理及應用時，知道已學知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價值，增強學習興趣，培養(yǎng)良好的科學態(tài)度?！锝虒W重點各種傳感器的應用原理及結構。★教學難點各種傳感器的應用原理及結構。★教學方法實驗法、觀察法、討論法?！锝虒W工具駐極體話筒的工作電路示教板，示波器，學生電源，電熨斗，日光燈起動器（若干）★教學過程（一）引入新課師：上節(jié)課我們學習了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉化為電學量的元件？生：光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。熱敏電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量?；魻栐汛鸥袘獜姸冗@個磁學量轉化為電壓這個電學量。師：這節(jié)課我們來學習傳感器的應用。［板書課題］傳感器的應用（一）（二）進行新課1、傳感器應用的一般模式師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。生：閱讀教材并在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。師：下面學習幾個傳感器應用的實例。2．力傳感器的應用——電子秤師：閱讀教材61頁最后一段，思考并回答問題。（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量？生：閱讀教材，思考并回答問題。師：總結點評，結合板畫強調講解應變片測力原理（如圖所示）。應變片能夠把物體形變這個力學量轉化為電壓這個電學量。3．聲傳感器的應用——話筒師：閱讀教材62頁有關內(nèi)容，思考并回答問題。（1）話筒的作用是什么？（2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。（3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點？生：閱讀教材，思考并回答問題。生1：話筒的作用是把聲音信號轉化為電信號。生2：動圈式話筒的工作原理是電磁感應現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。生3：電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電．當聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓．優(yōu)點：保真度好。生4：駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優(yōu)點：體積小，重量輕，價格便宜，靈敏度高，工作電壓低。師：指出：駐極體話筒利用了電介質的極化現(xiàn)象：將電介質放入電場中，在前后兩個表面上會分別出現(xiàn)正電荷與負電荷的現(xiàn)象．某些電介質在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會長期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體．師：演示實驗：生：觀察實驗現(xiàn)象。現(xiàn)象：不同的聲波信號，熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產(chǎn)生的電信號是由接收到的聲波控制的。3．溫度傳感器的應用——電熨斗師：溫度傳感器是應用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質隨溫度的變化而改變的特性制成的．電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。實驗：生：做實驗，觀察實驗現(xiàn)象。師：電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。投影：電熨斗結構圖（如圖所示）思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，這是如何使用調溫旋鈕來實現(xiàn)的？參考答案：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用．（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制在不同溫度的目的．（三）課堂總結、點評本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：力傳感器的應用——電子秤傳感器的應用聲傳感器的應用——話筒溫度傳感器的應用——電熨斗力傳感器是把力信號轉換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進行自動控制．（四）實例探究☆力傳感器的應用【例1】用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個質量為2.0kg的滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，傳感器a、b在的示數(shù)均為10N（取g=10m／s2）．（1）若傳感器a的示數(shù)為14N、b的示數(shù)為6.0N，求此時汽車的加速度大小和方向．（2）當汽車以怎樣的加速度運動時，傳感器a的示數(shù)為零．分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。猓海?）如圖所示，依題意：左側彈簧對滑塊向右的推力F1=14N，右側彈簧對滑塊的向左的推力F2=6.0N．滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有得4m/s2a1與F1同方向，即向前（向右）．（2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹。滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．☆溫度傳感器的應用【例2】在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對此，以下判斷正確的是（）①通電后，其電功率先增大，后減?、谕姾?，其電功率先減小，后增大③當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變④當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變A．①③B．②③C．②④D．①④分析：當電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中，電阻器的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當t=t1時，P=P1達到最大．當溫度由t1升高到t2的過程中增大，R增大，P減小；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P′也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會有P=P3=P′，即電熱功率P減小到等于散熱功率時，即達到保溫；當t<t3，P>P′，使溫度自動升高到t3；當t>t3，P<P′，使溫度自動降為t3，實現(xiàn)自動保溫，正確答案為D。點評：對給定圖象的題目，要注意分析圖象信息，把握變化規(guī)律，并結合所學物理規(guī)律進行分析討論．★課余作業(yè)1、課下閱讀有關傳感器應用的科普類文章，了解有關傳感器的應用實例以及工作原理。2、思考并回答“問題與練習”第1、2題。書面完成第3題。★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月?！镎n本“問題與練習”解答1．（1）冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盆體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設定的低溫時拉簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作．（2）凸輪逆時針轉動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故彈簧7上彈力的變化會改變設定的溫度．2．該同學設計的電路在原理上可行，當滑動片P在滑動變阻器中央時P、Q等勢，電壓表指針指中央零點．這個裝置可以同時測出加速度大小和方向，大小可通過電壓表示數(shù)大小表示，方向可通過偏轉方向判定．當物體具有圖示方向的加速度a時，滑塊向左移，則變阻器右端電阻大，故電流流過滑動變阻器時電勢降落大，則Q點電勢高于P點，則指針應向零點左側偏轉．3．（1）A、B端（2）由圖甲知，t=100℃時R=50Ω，則繼電器電路中電流在100℃時，，其中為繼電器的電阻。代入數(shù)據(jù)解得，★資料袋動圈式話筒的原理圖1話筒是把聲音轉變?yōu)殡娦盘柕难b置．圖1是動圈式話筒的構造原理圖，它是利用電磁感應現(xiàn)象制成的．圖1當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動，音圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。電容式傳感器電容器的電容C決定于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質這幾個因素．如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的變化能引起上述某個因素的變化，從而引起電容的變化，那么，通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，有這種用途的電容器稱為電容式傳感器．圖2是用來測定角度θ的電容式傳感器．當動片與定片之間的角度θ發(fā)生變化時，引起極板正對面積S的變化，使電容C發(fā)生變化．知道C的變化，就可以知道θ的變化情況．圖3是測定液面高度h的電容式傳感器，在導線芯的外面涂上一層絕緣物質，放入導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩個極，導線芯外面的絕緣物質就是電介質．液面高度h發(fā)生變化時，引起正對面積發(fā)生變化，使電容C發(fā)生變化．知道C的變化，就可以知道h的變化情況．圖4是測定壓力F的電容式傳感器，待測壓力F作用于可動膜片電極上的時候，膜片發(fā)生形變，使極板間距離d發(fā)生變化，就可以知道F的變化情況。圖2圖3圖4圖5圖5是測定位移x的電容式傳感器，隨著電介質進入極板間的長度發(fā)生變化，就可以知道x的變化情況實際中有各種各樣的傳感器．它們都是根據(jù)各種物換效應設計而成的，我們在