2019-2020學年高中物理下學期第一周 傳感器 溫度傳感器和光傳感器教學設(shè)計.doc

2019-2020學年高中物理下學期第一周 傳感器 溫度傳感器和光傳感器教學設(shè)計課題第三章 1.傳感器溫度傳感器和光傳感器課時1 考點、知識點認識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。學習目標1.知道什么是傳感器，理解各類傳感器的工作原理2.知道光敏電阻特點及作用3.掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點及區(qū)別4.理解霍爾元件的原理及作用會用得各類元件(熱敏電阻、光敏電阻、霍爾元件等)設(shè)計簡單的控制電路重、難點光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理學習環(huán)節(jié)和內(nèi)容學生活動建議教師活動建議調(diào)整記錄【基礎(chǔ)過關(guān)】一、傳感器導(dǎo)學探究當你走進一座大樓時，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？答案人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開關(guān)門知識梳理傳感器的定義及結(jié)構(gòu)(1)傳感器通常是把被測量的非電信息(如力、溫度、光、聲、化學成分)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置(2)結(jié)構(gòu)：即學即用(多選)傳感器擔負著信息采集的任務(wù)，它可以()A將力學量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學量B將熱學量轉(zhuǎn)變成電學量C將光學量轉(zhuǎn)變成電學量D將電學量轉(zhuǎn)變成力學量答案ABC解析傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學量)的一類元件，故選項A、B、C對，D錯二、敏感元件的原理導(dǎo)學探究1如圖1所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央若在RT上擦一些酒精，表針將如何擺動？若用吹風機將熱風吹向電阻，表針將如何擺動？圖1答案由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，指針應(yīng)向左偏；用吹風機將熱風吹向電阻，電阻RT溫度升高，電阻值減小，指針將向右偏導(dǎo)學探究2干簧管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片將干簧管接入電路把磁鐵靠近或遠離干簧管，觀察電路中所發(fā)生的現(xiàn)象總結(jié)干簧管是如何工作的？圖2答案把磁鐵靠近干簧管時，簧片在磁場的作用下會磁化為異名磁極相對的磁鐵當磁力大于簧片的彈力時，兩者緊密地接觸，電路連通，燈亮三、溫度傳感器和光傳感器(一)熱敏電阻和金屬熱電阻導(dǎo)學探究如圖3所示為電熨斗的構(gòu)造，其中雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬圖3(1)常溫下，電熨斗的上、下觸點應(yīng)當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)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？答案(1)常溫時，電熨斗的上、下觸點接觸，這樣電熨斗接通電源后能進行加熱，當溫度過高時雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹的厲害，雙金屬片向下彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點分離，電路斷開，電熱絲停止加熱當溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱(2)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，也就是要求雙金屬片彎曲程度較大時，兩觸點分離，所以應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下旋，反之熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕上旋知識梳理熱雙金屬片、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(1)熱雙金屬片溫度傳感器是由兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片焊接或軋制成一體后組成它對溫度的感知表現(xiàn)為熱雙金屬片的形變，可以用它控制電路的通斷(2)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成按熱敏電阻阻值隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大負溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減小(3)金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻即學即用如圖4所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時()圖4AR1兩端的電壓增大 B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強 D小燈泡的亮度變?nèi)醮鸢窩解析R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當溫度降低時，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確，其余各項均錯(二)光傳感器導(dǎo)學探究如圖5所示是火災(zāi)報警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理圖5答案平時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，煙霧進入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會發(fā)出警報知識梳理光敏電阻的特點及工作原理光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的它的特點是光照越強，電阻越小它能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量即學即用如圖6所示是會議室和賓館刻意的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是()圖6A進入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C進入罩內(nèi)的煙霧對光的散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報D以上說法均不正確答案C解析由火災(zāi)報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報，C對一、對傳感器的認識例1如圖7是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況圖7(1)你認為電壓表應(yīng)該接在圖中的_兩點之間，按照你的接法請回答：當油箱中油量減少時，電壓表的示數(shù)將_(選填“增大”或“減小”)(2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當油量變化時，電壓表的示數(shù)變化有何不同？解析(1)由題圖可知當油箱內(nèi)液面高度變化時，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化當油量減少時，R的數(shù)值會增大，電路中的電流會減小，c、d間的電壓會減小當把電壓表接在c、d兩點間，電壓表的示數(shù)減小時，表示油量在減少(2)把電壓表接在b、c之間，油量增加時，R減小，電壓表的示數(shù)減?。挥土繙p少時，R增大，電壓表的示數(shù)增大把電壓表接在c、d之間，油量增加時，R減小，電路中電流增大，則R兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時，電壓表的示數(shù)減小答案(1)c、d減小(2)見解析歸納總結(jié)1傳感器的原理：2在分析傳感器時要明確：(1)核心元件是什么；(2)是怎樣將非電學量轉(zhuǎn)化為電學量；(3)是如何顯示或控制開關(guān)的二、對光敏電阻、熱敏電阻的認識及應(yīng)用例2如圖8所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是()圖8A小燈泡的電阻發(fā)生了變化B小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)PI2R知，小燈泡的實際功率減小，所以變暗答案C例3如圖9所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當入射光強度增大時()圖9A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大解析當入射光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項正確，D項錯誤因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項正確答案ABC自主預(yù)習完成學生討論生活中的實例學生觀察現(xiàn)象、思考、交流學生閱讀教材，思考并回答問題.教師適時講解教師請同學做實驗，并解釋總結(jié)歸納第二節(jié) 生活中的傳感器簡單的光控和溫控電路(選學)課題第三章 第2節(jié) 生活中的傳感器簡單的光控和溫控電路(選學)課時1 考點、知識點根據(jù)傳感器的工作原理分析傳感器的應(yīng)用學習目標1、 了解生活中常見的傳感器的工作原理，并能分析相關(guān)的簡單問題2、 用“比較法”分析傳感器的不同特征重、難點根據(jù)傳感器的工作原理分析傳感器的應(yīng)用，常與電路等知識相結(jié)合進行綜合考查學習環(huán)節(jié)和內(nèi)容學生活動建議教師活動建議調(diào)整記錄一、生活中的傳感器知識梳理1洗衣機中的傳感器(1)模糊洗衣機能模仿人的思維確定洗滌模式比如可根據(jù)衣物的布質(zhì)、衣物的多少確定洗滌的力度及用水量，根據(jù)衣物的臟污程度確定漂洗的次數(shù)等，你知道這些操作模式是如何建立的嗎？答案利用傳感器和電腦技術(shù)，揉入人們對家電使用的經(jīng)驗知識，建立的操作模式(2)根據(jù)以上問題，結(jié)合課本內(nèi)容填下列表格.傳感器的類型作用水位傳感器確定水位的高低和衣物吸水能力的大小負載量傳感器檢測洗滌物的多少水溫傳感器根據(jù)環(huán)境溫度和水溫，自動控制洗滌時間布質(zhì)傳感器自動感知衣物的重量、質(zhì)量和吸水程度，自動選擇洗滌方式洗滌粉傳感器測定洗滌粉的種類臟污程度傳感器利用紅外光電傳感器，測定水的透明度，從而檢測洗凈度、漂凈度脫水(壓電)傳感器從脫水桶噴射出來的水作用到壓電傳感器上，根據(jù)壓力的變化，控制脫水動作知識梳理2電冰箱中的傳感器(1)電冰箱的組成：主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成(2)控制系統(tǒng)中的傳感器及其作用傳感器類型作用溫控傳感器按設(shè)定的溫度自動接通和斷開電路，控制電動機工作除霜溫控傳感器在除霜加熱器達到一定溫度時，自動斷開加熱器的電源過熱及過電流保護傳感器當電動機不能正常工作時，可以自動切斷電源，對電動機實行保護即學即用(多選)如圖1所示，關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器說法正確的是()圖1A應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成的B當應(yīng)變片的表面拉伸時，其電阻變大，反之變小C傳感器輸出的是金屬架上的電壓D外力越大，輸出的電壓差值也越大解析應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成，故選項A錯，B對；傳感器輸出的是應(yīng)變片上、下兩表面的電壓差，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也增大，故C錯，D對答案BD二、簡單的光控和溫控電路知識梳理閱讀課本，填寫下列空格(1)集成電路又稱IC，是在硅板上集合各種電子器件，實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是電子設(shè)備中最重要的部分(2)光控自動照明電路利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，使電路在天亮時自動切斷，天黑自動接通(3)溫控電熨斗利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時，電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時要將電源關(guān)閉即學即用(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 時，下列說法中正確的是()圖2A常溫下感溫磁體具有較強的磁性B當溫度超過103 時，感溫磁體的磁性較強C飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103 ，這時開關(guān)按鈕會跳起D常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達到103 ，開關(guān)按鈕就不會自動跳起答案ACD一、傳感器的簡單應(yīng)用例1如圖3所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)銅制的測溫泡1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個溫度傳感器膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上連桿9的下端是裝在機箱上的軸凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力圖3(1)為什么當冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠自動開始工作，而在達到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？(2)為什么用凸輪可以改變設(shè)定的溫度？解析(1)冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，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(shè)定的溫度時彈簧帶動彈簧片4將觸點5、6斷開，使壓縮機停止工作(2)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運動，而彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度答案見解析例2如圖4所示為沖擊防盜報警器的沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖在外殼的絕緣基板上固定一個螺栓，螺栓上有一個彈簧，彈簧的頂端焊有一個鋼球，它們都是電的良導(dǎo)體，外殼也使用電的良導(dǎo)體制成請簡述這種裝置防盜的原理圖4答案在靜止狀態(tài)下，不論傳感器置于何種狀態(tài)，鋼球和外殼呈斷開狀態(tài)不會導(dǎo)通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動時，則鋼球受到擾動產(chǎn)生運動與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報警裝置開始工作二、光傳感器的應(yīng)用例3下列關(guān)于光傳感器應(yīng)用的說法中正確的是()A火災(zāi)報警器是利用煙霧對光的反射來工作的B火災(zāi)報警器中的光電三極管平時收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)C機械式鼠標器的傳感器是紅外發(fā)射管D當鼠標器在桌面上移動時，紅外接收管收到的是斷續(xù)的紅外線脈沖解析火災(zāi)報警器是利用煙霧對光的漫反射工作的，故A正確；光電三極管收不到LED發(fā)出的光處于斷路狀態(tài)(呈高電阻狀態(tài))，B正確；機械式鼠標器的傳感器是紅外接收器，C錯；鼠標器移動時，碼盤轉(zhuǎn)動，紅外線接收器收到的是不連續(xù)的脈沖信號，故D正確答案ABD自主預(yù)習完成學生思考討論學生獨立完成鞏固訓(xùn)練，展示解題思路.學生獨立思考教師適時講解教師請同學做實驗，并解釋總結(jié)歸納教師引導(dǎo)，并帶領(lǐng)學生分析