小學(xué)語文的教學(xué)教案
發(fā)表時(shí)間:2020-09-28利用傳感器進(jìn)行《自感》教學(xué)的設(shè)計(jì)。
利用傳感器進(jìn)行《自感》教學(xué)的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示自感現(xiàn)象是通過小燈泡亮度的變化來反映線圈在電流變化時(shí)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于小燈泡的亮度不完全由電流強(qiáng)度決定,人對(duì)亮度變化的識(shí)辨能力有限,易使學(xué)生產(chǎn)生只有在特定條件下線圈電流變化時(shí)才會(huì)產(chǎn)生自感現(xiàn)象的誤解。
利用傳感器進(jìn)行教學(xué)時(shí)可以直接檢測(cè)全過程中電流的變化,使學(xué)生直接觀察到自感發(fā)生的條件。學(xué)生可以將觀察到的現(xiàn)象與檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比加深對(duì)自感本質(zhì)的理解,還可以檢測(cè)到無法觀察到的自感現(xiàn)象,形成全面、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。
1.--
采用問題探究式的教學(xué)方法,由問題研究→現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)與總結(jié)→原因分析與結(jié)論→觀察、分析、驗(yàn)證。
2.教學(xué)過程
(1)研究等值的線圈電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)電流的阻礙作用是否相同。
①研究方法:控制變量法(U、R相同時(shí),通電過程中電流規(guī)律是否相同)。
②實(shí)驗(yàn)器材:朗威DIS實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)、等阻值的線圈和標(biāo)準(zhǔn)電阻、6V的干電池電源、電鍵、導(dǎo)線若干。
③研究電路(圖1):
④實(shí)驗(yàn)圖象(圖2):
⑤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):線圈與標(biāo)準(zhǔn)電阻在電流增大或減小過程中對(duì)電流的阻礙作用不同,在電流穩(wěn)定時(shí),阻礙作用相同:線圈對(duì)電流的增大或減小有阻礙作用,斷開電鍵時(shí),通過標(biāo)準(zhǔn)電阻的電流方向發(fā)生變化且兩電流等大同步變化。
⑥原因分析,說明自感現(xiàn)象。
(2)探究自感與哪些因素有關(guān)
①猜測(cè):線圈直徑大小,長(zhǎng)度,單位長(zhǎng)度上匝數(shù)多少,是否在線圈中插入鐵芯。
②實(shí)驗(yàn)研究方法:控制變量法(是否在線圈中插入鐵芯)
③電路設(shè)計(jì)(圖3)。
④實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖4)
⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)論。線圈的自感系數(shù)由線圈的自身?xiàng)l件決定,與線圈的直徑、長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度上導(dǎo)線匝數(shù)等有關(guān)。如果在線圈中插入鐵芯,自感系數(shù)會(huì)增大很多。
(3)觀察、分析、驗(yàn)證
①素材一將相同的兩個(gè)小燈泡D1、D2接入圖5所示的電路,觀察從接通電鍵S到斷開電鍵S的整個(gè)過程中兩小燈泡的亮度如何變化?小燈泡D2在接通時(shí)逐漸變亮,D1立即變亮。
分析:根據(jù)自感發(fā)生的條件及特點(diǎn),畫出通過小燈泡的電流與時(shí)間的關(guān)系曲線(圖6)。
驗(yàn)證:在兩個(gè)小燈泡支路中分別接入電流傳感器顯示電流-時(shí)間圖象,驗(yàn)證學(xué)生的分析是否正確。
②素材二(圖7)
觀察:從接通電鍵S到斷開電鍵S的整個(gè)過程中小燈泡的亮度如何變化?斷開電鍵時(shí)小燈泡D的亮度突然增大然后逐漸熄滅。
分析:斷電時(shí)小燈泡亮度突然增加,說明穩(wěn)定時(shí)通過線圈的電流大于通過小燈泡的電流。圖8為電流-時(shí)間圖象。
驗(yàn)證:在兩個(gè)支路中分別接入電流傳感器顯示電流-時(shí)間圖象,驗(yàn)證學(xué)生的分析是否正確。在電流變化過程中,無論我們是否能觀察到,通電線圈都會(huì)發(fā)生自感現(xiàn)象。
(4)課后探究
①設(shè)計(jì)探討其它因數(shù)對(duì)自感影響的實(shí)驗(yàn)方法,并到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證。
②對(duì)接通電源,電流增加后的回落現(xiàn)象進(jìn)行猜測(cè),設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法并進(jìn)行驗(yàn)證。
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傳感器的應(yīng)用學(xué)案
作為杰出的教學(xué)工作者,能夠保證教課的順利開展,高中教師要準(zhǔn)備好教案,這是老師職責(zé)的一部分。教案可以保證學(xué)生們?cè)谏险n時(shí)能夠更好的聽課,幫助高中教師能夠更輕松的上課教學(xué)。寫好一份優(yōu)質(zhì)的高中教案要怎么做呢?以下是小編為大家收集的“傳感器的應(yīng)用學(xué)案”歡迎大家與身邊的朋友分享吧!
6.3實(shí)驗(yàn):傳感器的應(yīng)用學(xué)案(人教版選修3-2)
1.斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn):當(dāng)輸入端電壓逐漸上升到某一個(gè)值(1.6V)時(shí),輸出端會(huì)突然從________跳到____________,當(dāng)輸入端電壓下降到另一個(gè)值(0.8V)時(shí),輸出端會(huì)從________跳到__________.
2.下列說法中正確的是()
A.電飯鍋中的敏感元件是光敏電阻
B.測(cè)溫儀中測(cè)溫元件可以是熱敏電阻
C.機(jī)械式鼠標(biāo)中的傳感器接收到連續(xù)的紅外線,輸出不連續(xù)的電脈沖
D.火災(zāi)報(bào)警器中的光傳感器在沒有煙霧時(shí)呈現(xiàn)低電阻狀態(tài),有煙霧時(shí)呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)
3.某市為了節(jié)約能源,合理適時(shí)地使用路燈,要求夜晚亮、白天熄,利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制.這是利用半導(dǎo)體的()
A.壓敏性B.光敏性
C.熱敏性D.三種特性都利用了
【概念規(guī)律練】
知識(shí)點(diǎn)傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
1.如圖1所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈,RG為光敏電阻.A為斯密特觸發(fā)器輸入端,在天黑時(shí)路燈(發(fā)光二極管)會(huì)點(diǎn)亮.下列說法正確的是()
圖1
A.天黑時(shí),Y處于高電平
B.天黑時(shí),Y處于低電平
C.當(dāng)R1調(diào)大時(shí),天更暗時(shí),燈(發(fā)光二極管)點(diǎn)亮
D.當(dāng)R1調(diào)大時(shí),天較亮?xí)r,燈(發(fā)光二極管)就能點(diǎn)亮
2.如圖2是溫度報(bào)警器電路示意圖,下列關(guān)于此電路的分析正確的是()
圖2
A.當(dāng)RT的溫度升高時(shí),RT減小,A端電勢(shì)降低,Y端電勢(shì)升高,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲
B.當(dāng)RT的溫度升高時(shí),RT減小,A端電勢(shì)升高,Y端電勢(shì)降低,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲
C.當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)升高,Y端電勢(shì)降低,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲
D.當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)降低,Y端電勢(shì)升高,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲
【方法技巧練】
自動(dòng)控制電路的分析及設(shè)計(jì)技巧
3.自己設(shè)計(jì)一個(gè)以熱敏電阻為傳感器的簡(jiǎn)易自動(dòng)報(bào)警器,當(dāng)溫度過高時(shí),小燈泡亮或響鈴報(bào)警.所用的實(shí)驗(yàn)器材可能有電磁繼電器、電鈴、小燈泡、熱敏電阻、干電池、滑動(dòng)變阻器、開關(guān).
4.已知光敏電阻隨入射光的增強(qiáng),其電阻值減小,請(qǐng)利用圖3所示器材設(shè)計(jì)一個(gè)路燈自動(dòng)控制電路.
參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.高電平低電平(0.25V)低電平高電平(3.4V)
2.B[電飯鍋中的敏感元件是感溫鐵氧體,A錯(cuò)誤;機(jī)械式鼠標(biāo)中的傳感器接收斷續(xù)的紅外線脈沖,輸出相應(yīng)的電脈沖信號(hào),C錯(cuò)誤;火災(zāi)報(bào)警器中的光傳感器在沒有煙霧時(shí)呈現(xiàn)高電阻狀態(tài),有煙霧時(shí)呈現(xiàn)低電阻狀態(tài),D錯(cuò)誤.]
3.B[題目中半導(dǎo)體應(yīng)能感知光照強(qiáng)度變化,并輸出電信號(hào),控制電路通斷,所以利用了半導(dǎo)體的光敏性,故B正確.]
課堂探究練
1.BC[天黑時(shí),RG阻值增大到一定值,斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個(gè)值,輸出端Y突然由高電平跳到低電平;R1調(diào)大時(shí),A端電壓降低,只有天更暗時(shí),RG電阻更大時(shí),路燈才點(diǎn)亮,故B、C正確.]
2.BC[當(dāng)RT溫度升高時(shí),電阻減小,A點(diǎn)電勢(shì)升高到某一數(shù)值,Y端電勢(shì)突然降低,蜂鳴器導(dǎo)通發(fā)出警報(bào),A錯(cuò),B對(duì).當(dāng)增大R1時(shí),A端電勢(shì)升高到某一數(shù)值,Y端電勢(shì)突然降低,電流通過蜂鳴器,發(fā)生報(bào)警聲,C對(duì),D錯(cuò).]
點(diǎn)評(píng)斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門,用符號(hào)表示.當(dāng)輸入端電壓上升到某一個(gè)值(1.6V)時(shí),輸出端會(huì)突然從高電平跳到低電平(0.25V),當(dāng)輸入端電壓下降到另一個(gè)值(0.8V)時(shí),輸出端會(huì)從低電平跳到高電平(3.4V).
3.實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示
當(dāng)溫度升高時(shí),熱敏電阻的阻值減小,通過電磁繼電器螺線管的電流增大,磁性增強(qiáng),吸下金屬片,觸點(diǎn)接通,燈泡亮或電鈴響,起到報(bào)警作用.通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值,可以達(dá)到調(diào)節(jié)報(bào)警溫度的目的.
4.見解析
解析電路如圖所示
控制過程是:當(dāng)有光照射時(shí),光電流經(jīng)過放大器輸出一個(gè)較大的電流,驅(qū)動(dòng)電磁繼電器吸合,使兩個(gè)觸點(diǎn)斷開,當(dāng)無光照時(shí),光電流減小,放大器輸出電流減小,電磁繼電器釋放銜鐵,使兩個(gè)觸點(diǎn)閉合,控制路燈電路接通,路燈開始工作.
方法總結(jié)在分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路時(shí),要透徹理解各個(gè)元件的特性,如光敏電阻、熱敏電阻、電磁繼電器、斯密特觸發(fā)器等;在涉及門電路的電路圖時(shí),電流的通路并不能完整地呈現(xiàn)出來,所以不能用原來的電路知識(shí)來理解,而是要正確理清電路中的邏輯關(guān)系.
傳感器的應(yīng)用實(shí)例
古人云,工欲善其事,必先利其器。作為高中教師就要早早地準(zhǔn)備好適合的教案課件。教案可以讓學(xué)生能夠在課堂積極的參與互動(dòng),幫助高中教師能夠井然有序的進(jìn)行教學(xué)。寫好一份優(yōu)質(zhì)的高中教案要怎么做呢?下面是小編精心為您整理的“傳感器的應(yīng)用實(shí)例”,供大家參考,希望能幫助到有需要的朋友。
§6.4傳感器的應(yīng)用實(shí)例
學(xué)習(xí)目標(biāo):
1、知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性.
2、知道晶體三極管的放大特性.
3、掌握邏輯電路的基本知識(shí)和基本應(yīng)用.
4、綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力,體會(huì)物理知識(shí)實(shí)際中的應(yīng)用.
自主學(xué)習(xí):
1、普通二極管和發(fā)光二極管
(1)二極管具有______導(dǎo)電性。
(2)發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?,?dǎo)電時(shí)還能____。普通的發(fā)光二極管是用磷化鎵和磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成,直接將電能轉(zhuǎn)化為光能。該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8v.
2、晶體三極管
(1)晶體三極管能夠把微弱的信號(hào)_____。晶體三極管的三極分別為發(fā)射極e.基極b和集電極c.
(2)傳感器輸出的電流或電壓很___,用一個(gè)三極管可以放大幾十倍以至上百倍。三極管的放大作用表現(xiàn)為基極b的電流對(duì)電極c的電流起了控制作用。
3、邏輯電路
(1)對(duì)于與門電路,只要一個(gè)輸入端輸入為“__”,則輸出端一
定是“0”;反之,只有當(dāng)所有輸入都同時(shí)為“__”,輸出才是“1”。
(2)對(duì)于或門電路,只要有一個(gè)輸入“__”,則輸出一定是“1”;反之,只有當(dāng)所有輸入都同時(shí)為“__”時(shí),輸出才是“0”。
(3)非門電路中,當(dāng)輸入為“0”時(shí),輸出總是“__”;當(dāng)輸入為“1”時(shí),輸出反而是“__”。非門電路也稱為反相器。
(4)斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門。
典型例題:
例1:如圖所示的光控電路,用二極管LED模仿路燈,RG為光敏電阻,R1的最大電阻為,R2為,試分析其工作原理。
例2:溫度報(bào)警器電路如圖所示,請(qǐng)說明其工作原理。
針對(duì)訓(xùn)練:
1、可以用型號(hào)為74LS14的非門集成電路,發(fā)光二極管和限流電阻來組成一個(gè)邏輯電平檢測(cè)器,電路如圖所示。使用時(shí),將檢測(cè)器的輸入端A接到被測(cè)點(diǎn)。
請(qǐng)分析:當(dāng)被測(cè)點(diǎn)為高電平時(shí),LED是否發(fā)光?低電平時(shí)呢?說出道理。
2、隨著人們生活質(zhì)量的提高,自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭洗手間,當(dāng)人將濕手靠近干手機(jī)時(shí),機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱,于是有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出,將濕手烘干,手靠近干手機(jī)能使傳感器工作,這是因?yàn)椋ǎ?br> A、改變了濕度B、改變了溫度C、改變了磁場(chǎng)D、改變了電容
能力訓(xùn)練:
1、大多樓道燈具有這樣的功能:天黑時(shí),出現(xiàn)聲音它就開啟,而在白天,即使有聲音它也沒有反應(yīng)。
(1)控制電路中接入了哪幾種傳感器?
(2)這幾種傳感器來的信號(hào),應(yīng)通過哪幾種門電路后,再進(jìn)入執(zhí)行電路?
2、當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器,它有以下兩種。
(1)一種是“線性”的。它是將霍爾元件和放大器集成在一個(gè)芯片內(nèi),其輸出的電壓與感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比地連續(xù)變化。請(qǐng)你提出一種方案,利用它來測(cè)量電流的大小。
(2)另一種叫做“開關(guān)型”的,當(dāng)磁場(chǎng)到一定程度時(shí)它才會(huì)輸出高電平,而在磁場(chǎng)弱到一定程度時(shí)輸出低電平(或者相反),也就是說,它只能在高、低電平之間躍變。請(qǐng)你提出一種方案,利用它來測(cè)量物體的轉(zhuǎn)速。
3、要使例題1中路燈在天更暗時(shí)才會(huì)亮,應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)R1的阻值?并說明原理。
4、要使例題2中的熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警,應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)R1的阻值?
并說明原理。
學(xué)后反思:
參考答案
典型例題:
例1、解析:白天,光強(qiáng)度較大,光敏電阻RG電阻值較小,加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通;當(dāng)天色暗到一定程度時(shí),RG的阻值增大到一定值,斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個(gè)值(1.6V),輸出端Y突然從高電平跳到低電平,則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了),這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅,天暗自動(dòng)開啟的目的。
例2、解析:常溫下,調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平,則輸出端Y處于高電平,無電流通過蜂鳴器,蜂鳴器不發(fā)聲;當(dāng)溫度高時(shí),熱敏電阻RT阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高,當(dāng)達(dá)到某一值(高電平),其輸出端由高電平跳到低電平,蜂鳴器通電,從而發(fā)出報(bào)警聲,R1的阻值不同,則報(bào)警溫度不同。
針對(duì)訓(xùn)練:
1、當(dāng)被測(cè)點(diǎn)為高電平時(shí),斯密特觸發(fā)器輸入端A為高電平,則輸出端Y為低電平,故LED發(fā)光;當(dāng)被測(cè)點(diǎn)為低電平時(shí),A即為低電平,則輸出端Y為高電平,LED不發(fā)光。
2、A
能力訓(xùn)練:
1、答:
(1)接入了兩種傳感器:光傳感器(通常用的是光敏電阻);聲傳感器(通常用的是微型駐極體話筒)。
(2)因?yàn)辄c(diǎn)亮樓道燈需要同時(shí)具備兩個(gè)條件,即足夠暗的光照和足夠大的聲音,所以要使用與門。
2、答:
(1)設(shè)計(jì)方案如右圖所示。在C形軟鐵芯1上繞制線圈2,霍爾傳感器3置入鐵芯的間隙中,并與數(shù)字毫伏表4相連。線圈中通入的待測(cè)電流I越強(qiáng),鐵芯間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度就越大,則傳感器輸出的電壓越大。
(2)設(shè)計(jì)方案如圖所示。轉(zhuǎn)動(dòng)物體1的邊緣上嵌入一個(gè)小永磁體2,霍爾傳感器3固定在近旁,并在計(jì)數(shù)電路和顯示屏4相連。物體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,傳感器就輸出一個(gè)電壓脈沖,計(jì)數(shù)顯示的數(shù)字就增加1。配合秒表測(cè)出在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的周數(shù)n,就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)速。
3、答:要使在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些,這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個(gè)值(如1.6v),就需要RG的阻值達(dá)到更大,即天色更暗。
4、答:要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警,應(yīng)減小R1的阻值,R1阻值越小,要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平,則熱敏電阻阻值要求越小,即溫度越高。
傳感器及其工作原理
選修3-2第六章第1節(jié):傳感器及其工作教學(xué)設(shè)計(jì)
一.【教材分析】:
《6.1傳感器及其工作》是新人教版高中物理選修3-2第六章第一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容,主要學(xué)習(xí)一些簡(jiǎn)單傳感器,以介紹為主,課程內(nèi)容比較簡(jiǎn)單。
二.【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識(shí)與技能:
(1)、了解什么是傳感器,知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義;
(2)、知道傳感器中常見的三種敏感元件光敏電阻、熱敏電阻和霍爾元件及其它們的工作原理。
(3)、了解傳感器的應(yīng)用。
二、過程與方法:
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究,讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時(shí),經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。
三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀:
(1)、體會(huì)傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種益處,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓展學(xué)生的知識(shí)視野,并加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。
(2)、通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。
三.【教學(xué)重點(diǎn)】:理解并掌握傳感器的三種常見敏感元件的工作原理。
【教學(xué)難點(diǎn)】:分析并設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。
四.學(xué)情分析:
從上世紀(jì)八十年代起,國(guó)際上出現(xiàn)了“傳感器熱”,傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。本課的設(shè)計(jì)思路是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究,了解什么是傳感器,傳感器是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的,傳感器在生產(chǎn)、生活中有哪些具體應(yīng)用,為學(xué)生利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自控裝置作一鋪墊。學(xué)生對(duì)傳感器了解較少,教學(xué)時(shí)力避深?yuàn)W的理論,側(cè)重于聯(lián)系實(shí)際,讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用,進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感和崇尚科學(xué)的精神。
五.【教學(xué)方法】:實(shí)驗(yàn)、探究、討論
六.【教學(xué)用具】:干簧管,磁鐵,光敏電阻、熱敏電阻演示儀、傳感器簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)驗(yàn)盒、萬用表。
七.【課時(shí)安排】1課時(shí)
八.【教學(xué)過程】
預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
檢查落實(shí)了學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并了解了學(xué)生的疑惑,使教學(xué)具有了針對(duì)性
一、引入新課:
今天我們生活中常用的電視、空調(diào)的遙控器是如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱的?樓梯上的電燈如何能人來就開,人走就熄的?工業(yè)生產(chǎn)中所用的自動(dòng)報(bào)警器、恒溫烘箱是如何工作的?“非典”病毒肆虐華夏大地時(shí),機(jī)場(chǎng)、車站、港口又是如何實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的體溫檢測(cè)的?所有這些,都離不開一個(gè)核心,那就是本堂課將要學(xué)習(xí)的傳感器。
二、新課教學(xué)
1.什么是傳感器
演示實(shí)驗(yàn)1:如圖1所示,小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡,盒外沒有開關(guān),當(dāng)把磁鐵放到盒子上面,燈泡就會(huì)發(fā)光,把磁鐵移開,燈泡熄滅。
提問:盒子里有怎樣的裝置,才能實(shí)現(xiàn)這樣的控制?
學(xué)生猜測(cè):盒子里有彈性鐵質(zhì)開關(guān)。
師生探究:打開盒子,用實(shí)物投影儀展示盒內(nèi)的電路圖(圖2),了解元件“干簧管”的結(jié)構(gòu)。探明原因:當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí),兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引,電路導(dǎo)通,干簧管起到了開關(guān)的作用。
教師點(diǎn)撥:這個(gè)裝置反過來還可以讓我們通過燈泡的發(fā)光情況,感知干簧管周圍是否存在著磁場(chǎng)。
演示實(shí)驗(yàn)2:教師出示一只音樂茶杯,茶杯平放桌上時(shí),無聲無息,提起茶杯,茶杯邊播放悅耳的音樂,邊閃爍著五彩的光芒。
教師提問:音樂茶杯的工作開關(guān)又在哪里?開啟的條件是什么?
學(xué)生猜測(cè):在茶杯底部,所受壓力發(fā)生改變。
實(shí)驗(yàn)探究:提起茶杯,用手壓杯的底部,音樂并沒有停止。
學(xué)生猜測(cè):是由于光照強(qiáng)度的改變。
實(shí)驗(yàn)探究:用書擋住底部(不與底部接觸),音樂停止,可見音樂茶杯受光照強(qiáng)度的控制。
師生總結(jié):現(xiàn)代技術(shù)中,我們可以利用一些元件設(shè)計(jì)電路,它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是:把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后,就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了。
教師提問:實(shí)驗(yàn)1中的干簧管是怎樣的傳感器,實(shí)驗(yàn)2音樂茶杯中所用的元件又是怎樣的傳感器?
學(xué)生回答:干簧管是一個(gè)能感受磁場(chǎng)的傳感器,音樂茶杯中所用的元件是能感受光照強(qiáng)度的傳感器。
傳感器的工作原理如下圖所示:
2、認(rèn)識(shí)一些制作傳感器的元器件
(1)探究光敏電阻的特性
學(xué)生實(shí)驗(yàn)1:學(xué)生五人一組,用萬用電表的歐姆擋測(cè)量一只光敏電阻的阻值,實(shí)驗(yàn)分別在暗環(huán)境和強(qiáng)光照射下進(jìn)行。
①、將光敏電阻與萬用表的歐姆檔按右圖所示連成電路
②、將光敏電阻受光面置于有光線照射的地方,觀察萬用表的讀數(shù),把光敏電阻的阻值填入現(xiàn)表中。
光敏電阻光照情況較亮稍暗較暗黑暗
光敏電阻的阻值(Ω)
③、用黑紙片將光敏電阻的透光窗口的遮住,移動(dòng)黑紙片,使光敏電阻受到的光線出現(xiàn)較亮、稍暗、較暗、黑暗幾種情況,觀察幾種情況下光敏電阻的阻值變化,并把相應(yīng)的阻值填入下表。
④、結(jié)論:光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很小。
師生總結(jié):光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。
簡(jiǎn)單介紹:光敏電阻在光照射下電阻變化的原因。有些物質(zhì),例如硫化鎘,是一種半導(dǎo)體材料,無光照時(shí),載流子極少,導(dǎo)電性能不好;隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性變好。
(2)探究金屬熱電阻和熱敏電阻的特性
提問:金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)嗎?關(guān)系如何?
回答:金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大,如白熾燈鎢絲的電阻在正常工作情況下比常溫下的電阻大得多。
演示實(shí)驗(yàn)4:如圖6所示,AB間接有一段鎢絲(從舊日光燈管中取出),閉合開關(guān),燈泡正常發(fā)光,當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時(shí),燈泡亮度明顯變暗。
學(xué)生探究:鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大。
師生總結(jié):用金屬絲可以制作溫度傳感器,稱為熱電阻。如前面已經(jīng)學(xué)過的用金屬鉑可制作精密的電阻溫度計(jì)。
學(xué)生實(shí)驗(yàn)2:學(xué)生五人一組,探究熱敏電阻的阻值大小與溫度的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)器材:NTC熱敏電阻,萬用表,溫度計(jì),水杯,涼水和熱水。
實(shí)驗(yàn)方案:按照如圖所示的電路將熱敏電阻接入電路,將萬用表選擇開關(guān)置于歐姆檔,用溫度計(jì)測(cè)量溫度,用萬用表測(cè)量不同溫度下的電阻。
實(shí)驗(yàn)步驟:
①、按上述電路連接電路
②、取半杯熱水,將熱敏電阻及溫度計(jì)放入熱水中
③、同時(shí)測(cè)量并記錄水溫和電阻值
④、倒入少許冷水,改變杯中的水溫,在同時(shí)測(cè)量水溫和電阻值,填入下表:
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
次數(shù)12345
溫度(℃)
電阻(Ω)
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,且阻值隨溫度變化非常明顯。
師生總結(jié):半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。
師生總結(jié)比較:金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量,金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好,測(cè)溫范圍大,但靈敏度較差。
(3)霍爾元件
教師介紹:霍爾元件是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦)薄片上,制作4個(gè)電極E、F、M、N而成(如圖7所示)。若在E、F間通入恒定的電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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U。
師生討論:霍爾元件的上的電壓U與電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系,設(shè)霍爾元件長(zhǎng)為a,寬為b,厚為d,則當(dāng)薄片中載流子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),,即,又因,所以,即(為霍爾系數(shù))。因此,我們就可以根據(jù)電壓U的變化得知磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化。
師生共析:霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。
【課堂總結(jié)】
傳感器是指一些能把光、力、溫度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元器件,它在生活、生產(chǎn)和科技領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。日本把傳感器技術(shù)列為上世紀(jì)八十年代十大技術(shù)之首,美國(guó)把傳感器技術(shù)列為九十年代的關(guān)鍵技術(shù),而我國(guó)有關(guān)傳感器的研究和應(yīng)用正方興未艾……
【布置作業(yè)】
1.觀察與思考:日常生活中哪些地方用到了傳感器,它們分別屬于哪種類型的傳感器,它們的工作原理如何?
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):用熱敏電阻、繼電器等器材設(shè)計(jì)一個(gè)火警報(bào)警器。
3.P55,思考與練習(xí)2題完成填表。
九.【板書設(shè)計(jì)】
第一節(jié):傳感器及其工作原理
1、傳感器:能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元件。
2、傳感器的優(yōu)點(diǎn):把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制。
3、傳感器的工作原理:
4、認(rèn)識(shí)一些制作傳感器的元器件
(1)、光敏電阻:光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很小。作用:光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。
(2)、熱敏電阻:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,且阻值隨溫度變化非常明顯。作用:半導(dǎo)體熱敏電阻也可以用作溫度傳感器。
(3)、霍爾元件:霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量。
十.【教學(xué)反思】
本節(jié)課依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律組織教學(xué),引入新課從生活實(shí)例入手,設(shè)置懸念,提出問題,激發(fā)學(xué)生興趣,增強(qiáng)學(xué)生的求知欲;在進(jìn)行“什么是傳感器”的教學(xué)中注重實(shí)驗(yàn)探究,引導(dǎo)學(xué)生從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究中加以歸納,并通過DISLab系統(tǒng)顯示傳感器的優(yōu)越性,讓學(xué)生了解把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義;在對(duì)光敏電阻、熱敏電阻和熱電阻、霍爾元件這些制作傳感器的元器件教學(xué)中,注重將教師演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。整個(gè)教學(xué)過程符合新課程的三維目標(biāo),體現(xiàn)新課程的理念,注意培養(yǎng)學(xué)生的自主、合作、探究能力,注意從生活走向物理,從物理走向生活,以此增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)。
1.1傳感器及其工作原理
一名優(yōu)秀的教師在每次教學(xué)前有自己的事先計(jì)劃,高中教師要準(zhǔn)備好教案,這是老師職責(zé)的一部分。教案可以讓學(xué)生能夠在課堂積極的參與互動(dòng),有效的提高課堂的教學(xué)效率。那么怎么才能寫出優(yōu)秀的高中教案呢?以下是小編收集整理的“1.1傳感器及其工作原理”,僅供參考,大家一起來看看吧。
1.1傳感器及其工作原理
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1、知道什么是傳感器
2、了解傳感器的常用元件的特征
【自主學(xué)習(xí)】
一、傳感器:
傳感器是指這樣一類元件:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等_____量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等____量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后,就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳輸、處理和控制了。
傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成,通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換____信號(hào),通過輸出部分輸出,然后經(jīng)控制器分析處理。
常見的傳感器有:_____、_____、_____、_____、力
傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器等。
二、常見傳感器元件:
1、光敏電阻:光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體,無光照時(shí),載流子極少,導(dǎo)電性能不好;隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性能變好,光敏電阻能夠把_____
這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛,可以看到光線的強(qiáng)弱。
2、金屬熱電阻和熱敏電阻:金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而____,用金屬絲可以制作____傳感器,稱為_____。它能用把____這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為____這個(gè)電學(xué)量。
熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而____或____。
與熱敏電阻相比,金屬熱電阻的_____好,測(cè)溫范圍___,但____較差。
3、電容式位移傳感器能夠把物體的____這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為___這個(gè)電學(xué)量。
4、霍爾元件能夠把______這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量
【典型例題】
例一、如圖所示,將萬用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋,再將電表的兩支表筆與一熱敏電阻Rt的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間。若往Rt上擦一些酒精,表針將向____(填“左”或“右”)移動(dòng);若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將向____(填“左”或“右”)移動(dòng)。
例二、傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器。當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極時(shí),可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的變化,將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路,那么()
A、當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將減小
B、當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容將增大
C、若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F發(fā)生變化
D、若電流計(jì)有示數(shù),則壓力F不發(fā)生變化
例三、如圖所示,有電流I流過長(zhǎng)方體金屬塊,金屬塊寬度為d,高為b,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里,金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,試問金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高?電勢(shì)差是多少?(此題描述的是著名的霍爾效應(yīng)現(xiàn)象)
【針對(duì)訓(xùn)練】
1、簡(jiǎn)單的說,光敏電阻就是一個(gè)簡(jiǎn)單的_____傳感器,熱敏電阻就是一個(gè)簡(jiǎn)單的_____傳感器。
2、為解決樓道的照明,在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與電燈控制電路的相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí),電燈即與電源接通而發(fā)光,這種傳感器為____傳感器,它輸入的是____信號(hào),經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后,輸出的是____信號(hào)。
3、如圖所示,是一個(gè)測(cè)定液面高度的傳感器,在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì),放在導(dǎo)電液體中,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容品的兩極,把這兩極接入外電路中的電流變化說明電容值增大時(shí),則導(dǎo)電液體的深度h變化為()
A、h增大
B、h減小
C、h不變
D、無法確定
4、如圖所示,R1為定值電阻,R2為熱敏電阻,L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí)()
A、R1兩端的電壓增大
B、電流表的示數(shù)增大
C、小燈泡的亮度變強(qiáng)
D、小燈泡的亮度變?nèi)?br>
5、如圖所示,為一種測(cè)定角度的傳感器,當(dāng)彼此絕緣的金屬板構(gòu)成的動(dòng)片與定片之間的角度發(fā)生變化時(shí),試分析傳感器是如何將它的這種變化轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的。
【能力訓(xùn)練】
1、關(guān)于光敏電阻,下列說法正確的是()
A、光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量
B、硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料,無光照射時(shí),載流子極少,導(dǎo)電性能不好
C、硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料,無光照射時(shí),載流子較少,導(dǎo)電性能良好
D、半導(dǎo)體材料的硫化鎘,隨著光照的增強(qiáng),載流子增多,導(dǎo)電性能變好
2、霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪兩個(gè)量()
A、把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量
B、把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量
C、把力轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量
D、把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量
3、如圖所示是測(cè)定位移的電容式傳感器,其工作原理是哪個(gè)量的變化,造成其電容的變化()
A、電介質(zhì)進(jìn)入極板的長(zhǎng)度
B、兩極板間距
C、兩極板正對(duì)面積
D、極板所帶電量
4、如圖所示,R1、R2為定值電阻,L是小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí),()
A、電壓表的示數(shù)增大
B、R2中電流減小
C、小燈泡的功率增大
D、電路的路端電壓增大
5、如圖所示,R3是光敏電阻,當(dāng)開關(guān)S閉合后在沒有光照射時(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢(shì),當(dāng)用光照射電阻R3時(shí),則()
A、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)
B、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)
C、R3的電阻變小,a點(diǎn)電勢(shì)等于b點(diǎn)電勢(shì)
D、R3的電阻變大,a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)
6、有一電學(xué)元件,溫度升高時(shí)電阻卻大幅度減小,則這種元件可能是()
A、金屬導(dǎo)體B、絕緣體C、半導(dǎo)體D、超導(dǎo)體
7、如圖是觀察電阻值隨溫度變化情況示意圖。現(xiàn)把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?,關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是()
A、如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變大,且變化非常明顯
B、如果R為金屬熱電阻,讀數(shù)變小,且變化不明顯
C、如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化非常明顯
D、如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作),讀數(shù)變化不明顯
8、圖是霍爾元件的工作原理示意圖,用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值,如果保持I恒定,則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況。以下說法中正確的是()
A、將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面,UH將變大
B、在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
C、在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
D、改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化
9、如圖所示寬度為d,厚度為h的金屬板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)有電流I通過金屬板時(shí),在金屬板上側(cè)面A和下側(cè)面間產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng),若金屬板內(nèi)自由電子密度為n,則產(chǎn)生的電勢(shì)差U=_____
【學(xué)后反思】
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參考答案
典型例題:
例1、分析:若往Rt上擦一些酒精,由于酒精蒸發(fā)吸熱,熱敏電阻Rt溫度降低,電阻值增大,所以電流減小,指針應(yīng)向左偏;用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,電阻Rt溫度升高,電阻值減小,電流增大,指針向右偏。_左__右__
例2、分析:熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化,定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化;光敏電阻的阻值隨光照變化而變化,定值電阻和熱敏電阻不隨之變化。答案:AC
例3、分析:當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí),電容器的電容將增大,電流計(jì)有示數(shù),則壓力F發(fā)生了變化。答案:BC
例4、解:因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮?,故由左手定則可判斷電子向上偏,則上表面聚集負(fù)電荷,下表面帶多余的正電荷,故下表面電勢(shì)高,設(shè)其穩(wěn)定電壓為U。
當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí),即q=QvB
又因?yàn)閷?dǎo)體中的電流I=neSv=nevbd
故U=
答案:下表面電勢(shì)高電勢(shì)差為
針對(duì)訓(xùn)練:
1、光電熱電
2、聲控聲音電
3、A4、C
5、角度增大,正對(duì)面積減小,電容器電容變小
能力訓(xùn)練:1、ABD2、B3、A4、ABC5、A6、C7、C8、ABD
9、