人教版物理 选修3─2 第六章 传感器 第2节 传感器的应用 教学设计
文档属性
| 名称 | 人教版物理 选修3─2 第六章 传感器 第2节 传感器的应用 教学设计 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 357.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-10-20 06:58:14 | ||
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文档简介
人教版
选修3-2
§6.2
传感器的应用
一、新旧教材对比
有关传感器的内容的介绍，课标教材与大纲教材有很大的差别。
原大纲教材第二册的学生实验中介绍了《传感器的简单应用》，其中包括热敏特性实验、光敏特性实验、光电计数的基本原理、简单温度自动控制实验，在第十六章电磁感应最后的阅读材料中，作为电磁感应现象的应用介绍了动圈式话筒的原理。
新课标教材早在必修内容中就已经让学生应用了力的传感器和光电门进行实验，在本章中较为系统介绍了了传感器的工作原理，以及在生活中的广泛应用。
二、教学设计思想
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
本节课首先用声传感器来引入，仍所有的学生都参与进来，激发学生的热情，然后逐一介绍声、力、温度传感器的应用，充分发挥学生的自主能力，指导学生进行阅读教材，进行思考与讨论，并利用实验帮助学生理解，加强学生对传感器的认识。
三、教学目标
知识与技能
1．了解力传感器在电子秤上的应用。
2．了解声传感器在话筒上的应用。
3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。
过程与方法
通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。
情感、态度与价值观
在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。
四、教学重点与难点
教学重点
传感器的应用原理及结构。
教学难点
传感器的应用原理及结构。
五、教学资源
声传感器、驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，双金属片、酒精灯
六、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
创设情境、激发兴趣
连接好声音的传感器，利用组合曲线功能，显示声音的波形图。
随着教室声音的变化，观察波形的变化（无需教师的引导，学生自己会认识到声音传感的用途，达到“此时无声胜有声”的效果）
介绍：传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。
回忆：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
认识传感器应用的一般模式
指导学生阅读教材，认识传感器应用的一般模式
声传感器的应用——话筒
指导学生阅读教材，思考并回答问题。（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？
阅读教材，思考并回答问题。生1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。生2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。生3：电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。生4：驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。
指出：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．演示：
观察实验现象。不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。
力的传感器的应用——电子秤
指导学生阅读教材，思考并回答问题。（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？
阅读教材，思考并回答问题。
结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。
观察、思考
温度传感器的应用——电熨斗
温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。
列举生活中哪些用到了声传感器的实例
实验：
观察、思考
电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。
观察、思考
引导学生思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？
（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
小结
本节课主要学习了以下几个问题：
力传感器的应用——电子秤
传感器的应用
声传感器的应用——话筒
温度传感器的应用——电熨斗力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．
作业
1、课下阅读有关传感器应用的科普类文章，了解有关传感器的应用实例以及工作原理。2、思考并回答“问题与练习”第1、2题。书面完成第3题。
◆资料袋
动圈式话筒的原理
话筒是把声音转变为电信号的装置．图1是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的．
当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
电容式传感器
电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素．如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器．
图2
图3
图4
图5
图2是用来测定角度θ的电容式传感器．当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况．
图3是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质．液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况．
图4是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，就可以知道F的变化情况。
图5是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，就可以知道x的变化情况
实际中有各种各样的传感器．它们都是根据各种物换效应设计而成的，我们在初中学过，导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素，由此可以制成电阻式传感器，用来测定压力、温度等物理量．
传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件．传感器输入的是非电学物理量x，输出的是电学量y（图6）。将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理．各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域．
创设情境
激发兴趣
传感器应用的一般模式
声传感器的应用——话筒
力的传感器的应用——电子秤
温度传感器的应用——电熨斗
图1
图6
选修3-2
§6.2
传感器的应用
一、新旧教材对比
有关传感器的内容的介绍，课标教材与大纲教材有很大的差别。
原大纲教材第二册的学生实验中介绍了《传感器的简单应用》，其中包括热敏特性实验、光敏特性实验、光电计数的基本原理、简单温度自动控制实验，在第十六章电磁感应最后的阅读材料中，作为电磁感应现象的应用介绍了动圈式话筒的原理。
新课标教材早在必修内容中就已经让学生应用了力的传感器和光电门进行实验，在本章中较为系统介绍了了传感器的工作原理，以及在生活中的广泛应用。
二、教学设计思想
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
本节课首先用声传感器来引入，仍所有的学生都参与进来，激发学生的热情，然后逐一介绍声、力、温度传感器的应用，充分发挥学生的自主能力，指导学生进行阅读教材，进行思考与讨论，并利用实验帮助学生理解，加强学生对传感器的认识。
三、教学目标
知识与技能
1．了解力传感器在电子秤上的应用。
2．了解声传感器在话筒上的应用。
3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。
过程与方法
通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。
情感、态度与价值观
在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。
四、教学重点与难点
教学重点
传感器的应用原理及结构。
教学难点
传感器的应用原理及结构。
五、教学资源
声传感器、驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，双金属片、酒精灯
六、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
创设情境、激发兴趣
连接好声音的传感器，利用组合曲线功能，显示声音的波形图。
随着教室声音的变化，观察波形的变化（无需教师的引导，学生自己会认识到声音传感的用途，达到“此时无声胜有声”的效果）
介绍：传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。
回忆：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
认识传感器应用的一般模式
指导学生阅读教材，认识传感器应用的一般模式
声传感器的应用——话筒
指导学生阅读教材，思考并回答问题。（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？
阅读教材，思考并回答问题。生1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。生2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。生3：电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．优点：保真度好。生4：驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。
指出：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．演示：
观察实验现象。不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。
力的传感器的应用——电子秤
指导学生阅读教材，思考并回答问题。（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？
阅读教材，思考并回答问题。
结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。
观察、思考
温度传感器的应用——电熨斗
温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。
列举生活中哪些用到了声传感器的实例
实验：
观察、思考
电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。
观察、思考
引导学生思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？
（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
小结
本节课主要学习了以下几个问题：
力传感器的应用——电子秤
传感器的应用
声传感器的应用——话筒
温度传感器的应用——电熨斗力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．
作业
1、课下阅读有关传感器应用的科普类文章，了解有关传感器的应用实例以及工作原理。2、思考并回答“问题与练习”第1、2题。书面完成第3题。
◆资料袋
动圈式话筒的原理
话筒是把声音转变为电信号的装置．图1是动圈式话筒的构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的．
当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。
电容式传感器
电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素．如果某一物理量（如角度θ、位移s、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，有这种用途的电容器称为电容式传感器．
图2
图3
图4
图5
图2是用来测定角度θ的电容式传感器．当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况．
图3是测定液面高度h的电容式传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质．液面高度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况．
图4是测定压力F的电容式传感器，待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，就可以知道F的变化情况。
图5是测定位移x的电容式传感器，随着电介质进入极板间的长度发生变化，就可以知道x的变化情况
实际中有各种各样的传感器．它们都是根据各种物换效应设计而成的，我们在初中学过，导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素，由此可以制成电阻式传感器，用来测定压力、温度等物理量．
传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件．传感器输入的是非电学物理量x，输出的是电学量y（图6）。将非电学物理量转换成电学量后，测量比较方便，而且能输入到计算机进行处理．各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域．
创设情境
激发兴趣
传感器应用的一般模式
声传感器的应用——话筒
力的传感器的应用——电子秤
温度传感器的应用——电熨斗
图1
图6