傳感器的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)(物理-2)

：傳感器的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)王小云【教學(xué)目標(biāo)】1．知識(shí)與技能：（1）、了解傳感器應(yīng)用的一般模式；（2）、理解應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)用――電子秤的工作原理。（3）、理解溫度傳感器的應(yīng)用――電熨斗的工作原理。(4)、理解溫度傳感器的應(yīng)用――電飯鍋的工作原理（5）、理解光電傳感器的應(yīng)用――火災(zāi)報(bào)警器的工作原理。2．過(guò)程與方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識(shí)，探究電子秤、電熨斗、電飯鍋、火災(zāi)報(bào)警器等的工作原理，從而了解力傳感器、溫度傳感器、光傳感器的一般應(yīng)用，理解傳感器應(yīng)用的一般模式。3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新意識(shí)，提高物理理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合的綜合實(shí)踐能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)?！窘虒W(xué)方法】：PPT課件，演示實(shí)驗(yàn)，視頻，講授【教學(xué)用具】：小型電子秤，電飯鍋，電熨斗?！窘虒W(xué)過(guò)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(lèi)元件。請(qǐng)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？學(xué)生思考后回答：光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。播放視頻：智能洗澡這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用二、進(jìn)行新課1、傳感器應(yīng)用的一般模式師：閱讀教材開(kāi)頭幾段，然后合上書(shū)，在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。提示：一般情況下，傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，要想觸發(fā)控制電路，此信號(hào)必須進(jìn)一步放大才可以，所以需要放大電路，即放大器。生：閱讀教材并在練習(xí)本上畫(huà)出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。傳感器傳感器轉(zhuǎn)換或放大電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀表顯示微機(jī)系統(tǒng)師：下面學(xué)習(xí)幾個(gè)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(yè)最后一段，思考并回答問(wèn)題。（1）電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡(jiǎn)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(wèn)題。生1：電子秤的測(cè)力裝置是力傳感器，它是由一個(gè)金屬梁和兩個(gè)應(yīng)變片一起組成了測(cè)力部分。生2：在金屬梁沒(méi)有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長(zhǎng)度沒(méi)變且相等，兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時(shí)，金屬梁會(huì)向下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長(zhǎng)，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應(yīng)變片兩端電壓值不相等，存在差值，控制電路就通過(guò)這個(gè)差值，經(jīng)過(guò)放大電路將差值信號(hào)放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F的大小。生3：應(yīng)變片能夠?qū)⑿巫冞@個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。師：總結(jié)點(diǎn)評(píng)，結(jié)合板畫(huà)強(qiáng)調(diào)講解應(yīng)變片測(cè)力原理。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(hào)，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(lái)控制溫度的。實(shí)驗(yàn)：取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟輝器，去掉外殼，敲碎氖泡的玻璃，可以看到一個(gè)U型的雙金屬片，雙金屬片的旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)，常溫下觸點(diǎn)是分離的，用火焰靠近金屬片，可以看到雙金屬片的形狀變化，與金屬絲接觸，熄滅火焰，雙金屬片逐漸恢復(fù)原狀，兩個(gè)觸點(diǎn)分離。把這個(gè)啟動(dòng)器用到溫控開(kāi)關(guān)，可以控制小燈泡的亮和滅。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(guò)高時(shí)，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(lái)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(guò)高時(shí)，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(dòng)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(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)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．4、溫度傳感器——電飯鍋電飯鍋的主要部件鐵氧體，它的特點(diǎn)是常溫下，具有鐵氧體，能夠被磁鐵吸引，但是溫度上升到約為103℃時(shí)，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。我們把103℃就叫做該材料的居里溫度或居里點(diǎn)。手動(dòng)開(kāi)關(guān)手動(dòng)開(kāi)關(guān)接線螺絲觸點(diǎn)永磁鐵電熱板內(nèi)膽底轉(zhuǎn)軸感溫鐵氧體師：閱讀教材開(kāi)頭幾段，然后合上書(shū)。問(wèn)題：取一塊電飯鍋用的感溫鐵氧體，使它與一小塊的永磁體吸在一起，用功率較大的電烙鐵給鐵氧體加熱，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？生：隨著溫度的升高，鐵氧體逐漸失去磁性，當(dāng)溫度升高到103℃以上時(shí)，鐵氧體完全失去磁性，不吸引任何物體了思考與討論：（1）開(kāi)始煮飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕？手松開(kāi)后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？（2）煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)大致保持一定的溫度？為什么？（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？生1：開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。生2：水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。生3：飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．生4：如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動(dòng)斷電。5光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器師：許多會(huì)議室、賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報(bào)警器，火災(zāi)報(bào)警器是光傳感器應(yīng)用的又一實(shí)例。師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，思考并回答有關(guān)問(wèn)題。師：以利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的火災(zāi)報(bào)警器為例，簡(jiǎn)述其工作原理。生：報(bào)警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)，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(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變?。c傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)．師：實(shí)驗(yàn)：把光敏電阻、多用表的直流電流檔和干電池按照?qǐng)D甲連成電路，對(duì)光照的強(qiáng)度進(jìn)行比較性測(cè)量。光敏電阻受到的光照越強(qiáng)，電路中的電流越大。白天，將它放在教室中適合閱讀的地方，記下電流表的讀數(shù)，晚上，用它來(lái)測(cè)燈光對(duì)書(shū)桌的照明。比較兩者的差別。還可以按照?qǐng)D乙，把光敏電阻R的引腳穿過(guò)硬泡沫塑料板Z而固定，再罩上內(nèi)壁涂黑、長(zhǎng)度足夠的遮光簡(jiǎn)T，避免雜散光的干擾然后分別把不同的光源L（如蠟燭、幾種不同功率的白熾燈泡、日光燈管等）都放在與光敏電阻相同距離（例如1m）的位置，比較它們的亮度。這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以用硅光電池來(lái)做。由于光電池在受到光照時(shí)可以自己產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，所以電路中不用電源。視頻：機(jī)器人【課堂總結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題：力傳感器的應(yīng)用——電子秤傳感器的應(yīng)用溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗、電飯鍋光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器【板書(shū)設(shè)計(jì)】第二節(jié)：傳感器的應(yīng)用傳感器轉(zhuǎn)換或放大電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器轉(zhuǎn)換或放大電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)儀表顯示微機(jī)系統(tǒng)力傳感器的應(yīng)用——電子秤