：傳感器的應用教學設計王小云【教學目標】1．知識與技能：（1）、了解傳感器應用的一般模式；（2）、理解應變式力傳感器的應用――電子秤的工作原理。（3）、理解溫度傳感器的應用――電熨斗的工作原理。(4)、理解溫度傳感器的應用――電飯鍋的工作原理（5）、理解光電傳感器的應用――火災報警器的工作原理。2．過程與方法：通過實驗結合物理學的知識，探究電子秤、電熨斗、電飯鍋、火災報警器等的工作原理，從而了解力傳感器、溫度傳感器、光傳感器的一般應用，理解傳感器應用的一般模式。3．情感、態(tài)度與價值觀激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)動手能力，提高創(chuàng)新意識，提高物理理論知識與實際相結合的綜合實踐能力。【教學重點】：各種傳感器的應用原理及結構。【教學難點】：各種傳感器的應用原理及結構。【教學方法】：PPT課件，演示實驗，視頻，講授【教學用具】：小型電子秤，電飯鍋，電熨斗。【教學過程】一、引入新課師：上節(jié)課我們學習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、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路通斷的一類元件。請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化為電學量的元件？學生思考后回答：光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。熱敏電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量。霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。播放視頻：智能洗澡這節(jié)課我們來學習傳感器的應用二、進行新課1、傳感器應用的一般模式師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。提示：一般情況下，傳感器產生的信號非常微弱，要想觸發(fā)控制電路，此信號必須進一步放大才可以，所以需要放大電路，即放大器。生：閱讀教材并在練習本上畫出傳感器應用的一般模式示意圖。傳感器傳感器轉換或放大電路執(zhí)行機構儀表顯示微機系統(tǒng)師：下面學習幾個傳感器應用的實例。2．力傳感器的應用——電子秤師：閱讀教材61頁最后一段，思考并回答問題。（1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？（2）簡述力傳感器的工作原理。（3）應變片能夠把什么力學量轉化為什么電學量？生：閱讀教材，思考并回答問題。生1：電子秤的測力裝置是力傳感器，它是由一個金屬梁和兩個應變片一起組成了測力部分。生2：在金屬梁沒有力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應變片的長度沒變且相等，兩應變片的電阻大小也相等，當給金屬梁施加豎直向下的力時，金屬梁會向下彎曲，使得金屬梁上面的應變片被拉長，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端的電壓也減小，使得兩應變片兩端電壓值不相等，存在差值，控制電路就通過這個差值，經(jīng)過放大電路將差值信號放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F的大小。生3：應變片能夠將形變這個力學量轉化為電阻這個電學量。師：總結點評，結合板畫強調講解應變片測力原理。3．溫度傳感器的應用——電熨斗師：溫度傳感器是應用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質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控制溫度的。實驗：取一個報廢的日光燈啟輝器，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，兩者構成一對觸點，常溫下觸點是分離的，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，雙金屬片逐漸恢復原狀，兩個觸點分離。把這個啟動器用到溫控開關，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：電熨斗結構圖（如圖所示）思考與討論：（1）常溫下，上、下觸點應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）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，這是如何使用調溫旋鈕來實現(xiàn)的？參考答案：（1）常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，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，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用．（2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達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，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。手動開關手動開關接線螺絲觸點永磁鐵電熱板內膽底轉軸感溫鐵氧體師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書。問題：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)過一段時間后會發(fā)生什么現(xiàn)象？生：隨著溫度的升高，鐵氧體逐漸失去磁性，當溫度升高到103℃以上時，鐵氧體完全失去磁性，不吸引任何物體了思考與討論：（1）開始煮飯時為什么要壓下開關按鈕？手松開后這個按鈕是否會恢復到圖示的狀態(tài)？為什么？（2）煮飯時水沸騰后鍋內是否會大致保持一定的溫度？為什么？（3）飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會有什么變化？這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作？（4）如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動斷電？生1：開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態(tài)。生2：水沸騰后，鍋內大致保持100℃不變。生3：飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．生4：如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。5光傳感器的應用——火災報警器師：許多會議室、賓館房間的天花板上都裝有火災報警器，火災報警器是光傳感器應用的又一實例。師：引導學生閱讀教材有關內容，思考并回答有關問題。師：以利用煙霧對光的散射來工作的火災報警器為例，簡述其工作原理。生：報警器帶孔的罩子內裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．煙霧進入罩內后對光有散射作用，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．師：實驗：把光敏電阻、多用表的直流電流檔和干電池按照圖甲連成電路，對光照的強度進行比較性測量。光敏電阻受到的光照越強，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，用它來測燈光對書桌的照明。比較兩者的差別。還可以按照圖乙，把光敏電阻R的引腳穿過硬泡沫塑料板Z而固定，再罩上內壁涂黑、長度足夠的遮光簡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。這個實驗也可以用硅光電池來做。由于光電池在受到光照時可以自己產生電動勢，所以電路中不用電源。視頻：機器人【課堂總結】本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：力傳感器的應用——電子秤傳感器的應用溫度傳感器的應用——電熨斗、電飯鍋光傳感器的應用——火災報警器【板書設計】第二節(jié)：傳感器的應用傳感器轉換或放大電路執(zhí)行機構傳感器轉換或放大電路執(zhí)行機構儀表顯示微機系統(tǒng)力傳感器的應用——電子秤