《傳感器的應(yīng)用》教案新人教

6．2傳感器的應(yīng)用（一）教案★新課標(biāo)要求（一）知識與技能1．了解力傳感器在電子秤上的應(yīng)用。2．了解聲傳感器在話筒上的應(yīng)用。3．了解溫度傳感器在電熨斗上的應(yīng)用。（二）過程與方法通過實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。（三）情感、態(tài)度與價值觀在了解傳感器原理及應(yīng)用時，知道已學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。★教學(xué)重點(diǎn)各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！锝虒W(xué)難點(diǎn)各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！锝虒W(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。★教學(xué)工具駐極體話筒的工作電路示教板，示波器，學(xué)生電源，電熨斗，日光燈起動器（若干）★教學(xué)過程（一）引入新課師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)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(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？生：光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。師：這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用。［板書課題］傳感器的應(yīng)用（一）（二）進(jìn)行新課1、傳感器應(yīng)用的一般模式師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。生：閱讀教材并在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。師：下面學(xué)習(xí)幾個傳感器應(yīng)用的實(shí)例。2．力傳感器的應(yīng)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(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？生：閱讀教材，思考并回答問題。師：總結(jié)點(diǎn)評，結(jié)合板畫強(qiáng)調(diào)講解應(yīng)變片測力原理（如圖所示）。應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量。3．聲傳感器的應(yīng)用——話筒師：閱讀教材62頁有關(guān)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(diǎn)是什么？（4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？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(zhuǎn)化為電信號。生2：動圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)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(yīng)電流（電信號），感應(yīng)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(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)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(dāng)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(diǎn)：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(diǎn)：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(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場中，在前后兩個表面上會分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象．某些電介質(zhì)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(shí)驗(yàn)：生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?，F(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(yīng)用——電熨斗師：溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)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(shí)驗(yàn)：生：做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)圖（如圖所示）思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)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(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？參考答案：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)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(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)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(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：力傳感器的應(yīng)用——電子秤傳感器的應(yīng)用聲傳感器的應(yīng)用——話筒溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進(jìn)行自動控制．（四）實(shí)例探究☆力傳感器的應(yīng)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(yùn)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(zhì)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(yùn)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(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)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小．解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1=14N，右側(cè)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(cè)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(yīng)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(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)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，后減小②通電后，其電功率先減小，后增大③當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)t=t1時，P=P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度由t1升高到t2的過程中增大，R增大，P減??；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(dá)到保溫；當(dāng)t<t3，P>P′，使溫度自動升高到t3；當(dāng)t>t3，P<P′，使溫度自動降為t3，實(shí)現(xiàn)自動保溫，正確答案為D。點(diǎn)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(jié)合所學(xué)物理規(guī)律進(jìn)行分析討論．★課余作業(yè)1、課下閱讀有關(guān)傳感器應(yīng)用的科普類文章，了解有關(guān)傳感器的應(yīng)用實(shí)例以及工作原理。2、思考并回答“問題與練習(xí)”第1、2題。書面完成第3題。★教學(xué)體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月?！镎n本“問題與練習(xí)”解答1．（1）冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盆體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動開始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫時拉簧帶動彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開，使壓縮機(jī)停止工作．（2）凸輪逆時針轉(zhuǎn)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(yùn)動，故彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度．2．該同學(xué)設(shè)計的電路在原理上可行，當(dāng)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(diǎn)．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(zhuǎn)方向判定．當(dāng)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(diǎn)電勢高于P點(diǎn)，則指針應(yīng)向零點(diǎn)左側(cè)偏轉(zhuǎn)．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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置．圖1是動圈式話筒的構(gòu)造原理圖，它是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的．圖1當(dāng)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(yīng)電流（電信號），感應(yīng)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(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)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(zhì)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(dāng)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(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個極，導(dǎo)線芯外面的絕緣物質(zhì)就是電介質(zhì)．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(zhì)進(jìn)入極板間的長度發(fā)生變化，就可以知道x的變化情況實(shí)際中有各種各樣的傳感器．它們都是根據(jù)各種物換效應(yīng)設(shè)計而成的，我們在