《2. 常見傳感器的工作原理》作業(yè)設(shè)計方案

《2.常見傳感器的工作原理》作業(yè)設(shè)計方案一、作業(yè)目標1、讓學生理解常見傳感器（如溫度傳感器、光傳感器、壓力傳感器等）的工作原理。2、能夠識別不同傳感器在實際生活中的應(yīng)用實例，并解釋其原理。3、學會運用傳感器工作原理的知識解決簡單的實際問題。二、作業(yè)內(nèi)容1、基礎(chǔ)鞏固（1)簡答題溫度傳感器有哪些類型？請簡單描述其中一種溫度傳感器的工作原理。光傳感器在我們?nèi)粘Ｉ钪杏泻芏鄳?yīng)用，你能列舉出至少三個嗎？并解釋其中一個應(yīng)用中光傳感器是如何工作的。壓力傳感器是如何將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的？請簡要說明其工作過程。（2)連線題將下列傳感器與其對應(yīng)的典型應(yīng)用連線：溫度傳感器汽車自動大燈光傳感器電子秤壓力傳感器空調(diào)溫度控制2、能力提升（1)分析題手機中的光線傳感器可以根據(jù)環(huán)境光線的強弱自動調(diào)節(jié)屏幕亮度。請詳細分析這個過程中光傳感器的工作原理以及整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何實現(xiàn)的。在一些智能手環(huán)中，有測量血壓的功能，這是利用了壓力傳感器。請你根據(jù)所學的壓力傳感器工作原理，推測智能手環(huán)測量血壓的大致原理，并說明可能會遇到哪些干擾因素。（2)創(chuàng)意設(shè)計假設(shè)你要設(shè)計一個智能家居系統(tǒng)，要求當房間內(nèi)溫度過高時自動開啟空調(diào)，光線過暗時自動打開燈光，并且當有人進入房間時能檢測到壓力變化（假設(shè)是通過在門口設(shè)置壓力傳感器）并進行一些個性化的歡迎提示（如語音歡迎等）。請描述你這個智能家居系統(tǒng)中需要用到哪些傳感器，以及如何運用它們的工作原理來實現(xiàn)這些功能。3、拓展探究（1)查找資料題查找資料，了解目前最先進的傳感器技術(shù)（可以是某種特殊用途的傳感器），并寫一篇300字左右的短文介紹其工作原理和獨特之處，同時思考這種傳感器未來可能會有哪些更廣泛的應(yīng)用。（2)實際操作（選做）如果有條件的話，嘗試使用一個簡單的溫度傳感器套件（可以是學校實驗室提供或者自行購買的簡易套件），測量不同環(huán)境下的溫度，并記錄數(shù)據(jù)。然后根據(jù)傳感器的說明書，分析測量結(jié)果與傳感器工作原理之間的關(guān)系。如果沒有實際操作條件，可以查閱相關(guān)實驗報告或者視頻資料，然后進行分析。三、作業(yè)要求1、對于基礎(chǔ)鞏固部分，要求答案準確、簡潔，能清晰表達傳感器的工作原理和應(yīng)用情況。2、能力提升部分的分析題，需要詳細、深入地分析原理和相關(guān)情況，邏輯清晰，語言通順。3、創(chuàng)意設(shè)計題要體現(xiàn)對傳感器工作原理的理解，設(shè)計合理、有創(chuàng)新性。4、拓展探究的查找資料題，要求資料來源可靠，內(nèi)容表述準確。對于選做的實際操作題，如果選擇做的話，要認真按照要求進行操作、記錄和分析。四、作業(yè)評價1、評價標準基礎(chǔ)鞏固部分：簡答題每個問題回答完整、準確可得5分，共15分。連線題正確可得5分。能力提升部分：分析題每個問題回答合理、詳細可得10分，共20分。創(chuàng)意設(shè)計題設(shè)計合理、完整，能正確運用傳感器原理可得20分。拓展探究部分：查找資料題內(nèi)容準確、表述清晰可得15分。實際操作題（選做）如果完成且操作規(guī)范、分析合理可得20分（如果未做不扣分）。2、評價方式教師批改作業(yè)，根據(jù)評價標準給出分數(shù)。選取部分優(yōu)秀作業(yè)在課堂上展示，鼓勵學生之間互相學習和交流。五、作業(yè)反饋1、學生在完成作業(yè)后，可以在作業(yè)后面寫下自己在完成作業(yè)過程中遇到的困難，比如哪些傳感器的工作原理理解起來比較困難，對哪個類型的題目覺得有挑戰(zhàn)性等。2、教師根據(jù)學生的反饋，在課堂上對普遍存在問題的知識點進行再次講解或者答疑解惑，以便更好地幫助學生掌握知識。答案：1、基礎(chǔ)鞏固（1)簡答題溫度傳感器常見類型有熱電偶、熱敏電阻等。熱敏電阻溫度傳感器的工作原理：熱敏電阻的阻值會隨溫度的變化而變化，當溫度升高時，負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）的阻值減小，正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）的阻值增大。根據(jù)歐姆定律，在電路中電流或電壓會隨之改變，從而將溫度變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化。光傳感器在日常生活中的應(yīng)用有自動路燈、照相機自動對焦、手機屏幕自動亮度調(diào)節(jié)等。以自動路燈為例，光傳感器的工作原理：光傳感器可以感知環(huán)境光線的強度，一般是利用光電效應(yīng)。當光線照射到光傳感器中的光電元件（如光敏電阻）上時，其電學特性（如電阻）會發(fā)生改變。在自動路燈系統(tǒng)中，當光線暗到一定程度時，光傳感器的電學特性變化使得電路中的電流或電壓發(fā)生改變，從而觸發(fā)路燈點亮電路，路燈亮起；當光線變亮時，光傳感器電學特性恢復(fù)，路燈熄滅電路被觸發(fā)，路燈熄滅。壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的工作過程：常見的壓力傳感器有壓阻式壓力傳感器。它是基于壓阻效應(yīng)，當壓力作用在傳感器的敏感元件（如硅膜片）上時，硅膜片會發(fā)生形變，這種形變會使硅膜片內(nèi)部的電阻發(fā)生改變。在一個電路中，根據(jù)歐姆定律，電阻的改變會引起電流或者電壓的變化，從而將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號。（2)連線題溫度傳感器空調(diào)溫度控制光傳感器汽車自動大燈壓力傳感器電子秤2、能力提升（1)分析題手機中的光線傳感器通常是一個光敏元件（如光電二極管）。工作原理：當環(huán)境光線強時，照射到光線傳感器上的光子數(shù)量多，光電二極管產(chǎn)生的光電流大；當環(huán)境光線弱時，照射到光線傳感器上的光子數(shù)量少，光電二極管產(chǎn)生的光電流小。整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)過程：光線傳感器將光電流大小的變化轉(zhuǎn)化為電信號，這個電信號被傳送到手機的微處理器中。微處理器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序?qū)@個電信號進行分析處理，如果電信號對應(yīng)的光線強度低于設(shè)定值，微處理器就會發(fā)出指令增加屏幕的亮度；如果電信號對應(yīng)的光線強度高于設(shè)定值，微處理器就會發(fā)出指令降低屏幕的亮度。智能手環(huán)測量血壓的大致原理：智能手環(huán)中的壓力傳感器可能是利用了壓力與電學特性的關(guān)系。當手臂血管中的血壓作用在壓力傳感器上時，傳感器會根據(jù)血壓產(chǎn)生相應(yīng)的形變或者電學特性變化（如電容、電阻變化），然后通過內(nèi)置的電路將這種變化轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過算法處理得到血壓值?？赡苡龅降母蓴_因素：運動干擾，手臂晃動時會產(chǎn)生額外的壓力變化影響測量結(jié)果；佩戴位置不準確，可能導(dǎo)致傳感器不能準確感知血壓；個體差異，不同人的皮膚、血管彈性等不同也會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。（2)創(chuàng)意設(shè)計在這個智能家居系統(tǒng)中，需要用到溫度傳感器、光傳感器和壓力傳感器。溫度傳感器安裝在房間內(nèi)合適位置，其工作原理是當溫度發(fā)生變化時，它的電學特性（如電阻等）會發(fā)生改變，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。當溫度過高時，這個電信號會被傳輸?shù)街悄芗揖拥目刂浦行模梢允且粋€微控制器），控制中心根據(jù)預(yù)設(shè)程序判斷溫度超過設(shè)定值后，就會發(fā)送指令開啟空調(diào)。光傳感器同樣安裝在房間合適位置，當光線較暗時，光傳感器的光電特性發(fā)生變化（如光敏電阻阻值變化），產(chǎn)生的電信號被傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心判斷光線強度低于設(shè)定值后，發(fā)送指令打開燈光。在門口設(shè)置壓力傳感器，當有人進入房間時，壓力使傳感器產(chǎn)生電學特性變化（如電容、電阻變化等），產(chǎn)生的電信號傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心識別到這個信號后，觸發(fā)語音歡迎等個性化提示。3、拓展探究（1)查找資料題（示例）目前比較先進的是氣體傳感器中的電化學氣體傳感器。其工作原理是基于電化學氧化還原反應(yīng)。傳感器內(nèi)部有工作電極、對電極和參比電極等。當目標氣體擴散進入傳感器時，在工作電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，這個過程中會產(chǎn)生電流。通過測量電流的大小，就可以確定目標氣體的濃度。它的獨特之處在于對特定氣體具有高靈敏度和選擇性，能夠檢測