2019-2020年高中物理 6.1 傳感器及其工作原理教案 新人教版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 6.1 傳感器及其工作原理教案 新人教版選修3-2 教學目標： 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 教學重點：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。 教學難點：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理 教學方法：PPT課件，演示實驗，講授 教學用具：PPT課件,光敏電阻，干簧管等 教學過程： （一）引入新課 教師：引導學生看教材55頁“勇氣號”火星探測器的彩色照片；列舉生活中的一些自動控制實例，如遙控器控制電視開關(guān)、日光控制路燈的開關(guān)、聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)等，激發(fā)學生學習興趣，引出課題。 學生：列舉自己知道的自動控制的其他實例。如當走近自動門時，門會自動打開；電梯關(guān)門，當兩門靠攏到接觸人體時，門又會重新自動打開等等。 演示實驗： 干簧管控制電路的通斷: 如圖，小盒子A的側(cè)面露出一個小燈泡，盒外沒有開關(guān)，但是把磁鐵B放到盒子上面，燈泡就會發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅. （演示實驗1：干簧管傳感器） （演示實驗1：干簧管傳感器）（干簧管的實物及原理圖） 學生對干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。聲光控開關(guān)在生活中很普及，所以又有親切感 學生活動： ①當冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定值時，制冷系統(tǒng)自動啟動，而當溫度低于設(shè)定值時，制冷系統(tǒng)又會自動停止。冰箱的控制，是通過溫度傳感器實現(xiàn)的。 ②樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過樓道時，開關(guān)自動接通，燈就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過，開關(guān)都是斷開的，燈總是不亮，這種開關(guān)用的就是聲光傳感器。 ③為了防止火災(zāi)的發(fā)生，在賓館房間的天花板上大多有一個小盒子，當房間失火時它能感知出現(xiàn)的煙霧，通過電路發(fā)出警報，這個小盒子就是煙霧傳感器 （二）新課教學 1、什么是傳感器 (1)．傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、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(zhuǎn)化成電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。 (2)．傳感器的作用是什么：傳感器的作用是把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。 為了制作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來看幾個實際的例子。 2、光敏電阻 【演示實驗】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同 空穴和自由電子的形成，是由于光照和溫度升高載流子獲得能量 現(xiàn)象：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。普通電阻則不會發(fā)生變化。 問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 學生回答： （1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。 （2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好。 （3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 3．熱敏電阻和金屬熱電阻 1、金屬導線 2、熱敏電阻 問題： （1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 學生回答： （1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導體的導電性能隨溫度升高而降低；半導體材料的導電性能隨溫度升高而變好。 （2）熱敏電阻靈敏度高，但化學穩(wěn)定性較差，測量范圍較??；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度較差。 （3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 問題：如圖，當被測物體左右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動，如果測出了電容的變化，就能知道物體位置的變化，用什么方法可以檢測電容的變化？ 學生回答：電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉(zhuǎn)化為電容這個電學量。 其它電容傳感器：電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器、電容式角度測試儀、電容式電解液液面升降測試器 4．霍爾元件 1879年美國物理學家霍爾觀察到，在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元件。 如圖，霍爾元件是在一個很小的矩形半導體（例如砷化銦）薄片上，制作4個電極E、F、M、N而成。若在E、F間通入恒定的電流I，同時外加與薄片垂直的勻強磁場B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個電壓叫霍爾電壓，其決定式為。式中為薄片的厚度，為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān) 設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運動的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，則電流的微觀表達式為 ① 載流子在磁場中受到的洛倫茲力 載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面出現(xiàn)電勢差，載流子受到的電場力為 當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即 ② 由①②式得 ③ 式中的nq與導體的材料有關(guān)，對于確定的導體，nq是常數(shù)。令，則上式可寫為 ④ 一個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持I不變，則UH的變化就與B成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強度這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量。 課堂小結(jié)：本節(jié)講了傳感器的概念，三個電阻（光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻），一個元件（霍爾元件） 作業(yè)：整理本節(jié)知識點4霍爾元件