2019-2020學(xué)年高中物理下學(xué)期第一周 傳感器 溫度傳感器和光傳感器教學(xué)設(shè)計(jì).doc

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2019-2020學(xué)年高中物理下學(xué)期第一周 傳感器 溫度傳感器和光傳感器教學(xué)設(shè)計(jì) 課題 第三章 1.傳感器　溫度傳感器和光傳感器 課時(shí) 1 考點(diǎn)、知識點(diǎn) 認(rèn)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。 學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(diǎn)及作用 3.掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點(diǎn)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(jì)簡單的控制電路 重、難點(diǎn) 光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理 學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學(xué)生活動建議 教師活動建議 調(diào)整記錄 【基礎(chǔ)過關(guān)】 一、傳感器 [導(dǎo)學(xué)探究]　當(dāng)你走進(jìn)一座大樓時(shí)，大堂的自動門是如何“看到”你而自動打開的？ 答案　人體發(fā)出的紅外線被傳感器接收后傳給自動控制裝置的電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門． [知識梳理]　傳感器的定義及結(jié)構(gòu) (1)傳感器通常是把被測量的非電信息(如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電信息的器件或裝置． (2)結(jié)構(gòu)： ―→ [即學(xué)即用]　(多選)傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以(　　) A．將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C．將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 答案　ABC 解析　傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件，故選項(xiàng)A、B、C對，D錯(cuò)． 二、敏感元件的原理 [導(dǎo)學(xué)探究1]　如圖1所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中央．若在RT上擦一些酒精，表針將如何擺動？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將如何擺動？ 圖1 答案　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，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，指針將向右偏． [導(dǎo)學(xué)探究2]　干簧管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它只是玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片．將干簧管接入電路．把磁鐵靠近或遠(yuǎn)離干簧管，觀察電路中所發(fā)生的現(xiàn)象．總結(jié)干簧管是如何工作的？ 圖2 答案　把磁鐵靠近干簧管時(shí)，簧片在磁場的作用下會磁化為異名磁極相對的磁鐵．當(dāng)磁力大于簧片的彈力時(shí)，兩者緊密地接觸，電路連通，燈亮． 三、溫度傳感器和光傳感器 (一)熱敏電阻和金屬熱電阻 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖3所示為電熨斗的構(gòu)造，其中雙金屬片上層金屬的熱膨脹系數(shù)大于下層金屬． 圖3 (1)常溫下，電熨斗的上、下觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)雙金屬片將怎樣起作用？ (2)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，這是如何利用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？ 答案　(1)常溫時(shí)，電熨斗的上、下觸點(diǎn)接觸，這樣電熨斗接通電源后能進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度過高時(shí)雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數(shù)較大，故上層膨脹的厲害，雙金屬片向下彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點(diǎn)分離，電路斷開，電熱絲停止加熱．當(dāng)溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱． (2)熨燙棉麻衣物需要設(shè)定較高的溫度，也就是要求雙金屬片彎曲程度較大時(shí)，兩觸點(diǎn)分離，所以應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下旋，反之熨燙絲綢衣物需要設(shè)定較低的溫度，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕上旋． [知識梳理]　熱雙金屬片、熱敏電阻和金屬熱電阻的特點(diǎn) (1)熱雙金屬片溫度傳感器是由兩種膨脹系數(shù)相差較大的不同金屬片焊接或軋制成一體后組成．它對溫度的感知表現(xiàn)為熱雙金屬片的形變，可以用它控制電路的通斷． (2)熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成．按熱敏電阻阻值隨溫度變化的規(guī)律，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)的熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻． ①正溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度升高電阻增大． ②負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(如氧化錳熱敏電阻)隨溫度升高電阻減?。? (3)金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度升高而增大，利用這一特性，金屬絲也可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻． [即學(xué)即用]　如圖4所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)(　　) 圖4 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)? 答案　C 解析　R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)． (二)光傳感器 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖5所示是火災(zāi)報(bào)警器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理． 圖5 答案　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出這種變化，就會發(fā)出警報(bào)． [知識梳理]　光敏電阻的特點(diǎn)及工作原理 光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的．它的特點(diǎn)是光照越強(qiáng)，電阻越?。軌虬压庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量． [即學(xué)即用]　如圖6所示是會議室和賓館刻意的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(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)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說法正確的是(　　) 圖6 A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報(bào) B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報(bào) C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光的散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào) D．以上說法均不正確 答案　C 解析　由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對． 一、對傳感器的認(rèn)識 例1　如圖7是一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置．其中電源電壓保持不變，R是滑動變阻器，它的金屬滑片是金屬桿的一端．在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出)，通過觀察電壓表示數(shù)，可以了解油量情況． 圖7 (1)你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的________兩點(diǎn)之間，按照你的接法請回答：當(dāng)油箱中油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)將________(選填“增大”或“減小”)． (2)將電壓表分別接在b、c之間與c、d之間，當(dāng)油量變化時(shí)，電壓表的示數(shù)變化有何不同？ 解析　(1)由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時(shí)，R的金屬滑片將會移動，從而引起R兩端電壓的變化．當(dāng)油量減少時(shí)，R的數(shù)值會增大，電路中的電流會減小，c、d間的電壓會減?。?dāng)把電壓表接在c、d兩點(diǎn)間，電壓表的示數(shù)減小時(shí)，表示油量在減少． (2)①把電壓表接在b、c之間，油量增加時(shí)，R減小，電壓表的示數(shù)減??；油量減少時(shí)，R增大，電壓表的示數(shù)增大． ②把電壓表接在c、d之間，油量增加時(shí)，R減小，電路中電流增大，則R′兩端的電壓增大，電壓表的示數(shù)增大，同理，油量減少時(shí)，電壓表的示數(shù)減?。? 答案　(1)c、d　減小　(2)見解析 [歸納總結(jié)] 1．傳感器的原理： →→ 2．在分析傳感器時(shí)要明確： (1)核心元件是什么； (2)是怎樣將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量； (3)是如何顯示或控制開關(guān)的． 二、對光敏電阻、熱敏電阻的認(rèn)識及應(yīng)用 例2　如圖8所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是(　　) 圖8 A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 解析　電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，電路中電流減小，根據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗． 答案　C 例3　如圖9所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)(　　) 圖9 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 解析　當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，從而電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路的路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．因路端電壓減小，而R1兩端電壓增大，故R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確．結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，故小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確． 答案　ABC 自主預(yù)習(xí)完成 學(xué)生討論生活中的實(shí)例 學(xué)生觀察現(xiàn)象、思考、交流． 學(xué)生閱讀教材，思考并回答問題. 教師適時(shí)講解 教師請同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，并解釋 總結(jié)歸納 第二節(jié) 生活中的傳感器　簡單的光控和溫控電路(選學(xué)) 課題 第三章 第2節(jié) 生活中的傳感器　簡單的光控和溫控電路(選學(xué)) 課時(shí) 1 考點(diǎn)、知識點(diǎn) 根據(jù)傳感器的工作原理分析傳感器的應(yīng)用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1、 了解生活中常見的傳感器的工作原理，并能分析相關(guān)的簡單問題 2、 用“比較法”分析傳感器的不同特征 重、難點(diǎn) 根據(jù)傳感器的工作原理分析傳感器的應(yīng)用，常與電路等知識相結(jié)合進(jìn)行綜合考查 學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)和內(nèi)容 學(xué)生活動建議 教師活動建議 調(diào)整記錄 一、生活中的傳感器 [知識梳理1]　洗衣機(jī)中的傳感器 (1)模糊洗衣機(jī)能模仿人的思維確定洗滌模式．比如可根據(jù)衣物的布質(zhì)、衣物的多少確定洗滌的力度及用水量，根據(jù)衣物的臟污程度確定漂洗的次數(shù)等，你知道這些操作模式是如何建立的嗎？ 答案　利用傳感器和電腦技術(shù)，揉入人們對家電使用的經(jīng)驗(yàn)知識，建立的操作模式． (2)根據(jù)以上問題，結(jié)合課本內(nèi)容填下列表格. 傳感器的類型 作用 水位傳感器 確定水位的高低和衣物吸水能力的大小 負(fù)載量傳感器 檢測洗滌物的多少 水溫傳感器 根據(jù)環(huán)境溫度和水溫，自動控制洗滌時(shí)間 布質(zhì)傳感器 自動感知衣物的重量、質(zhì)量和吸水程度，自動選擇洗滌方式 洗滌粉傳感器 測定洗滌粉的種類 臟污程度傳感器 利用紅外光電傳感器，測定水的透明度，從而檢測洗凈度、漂凈度 脫水(壓電)傳感器 從脫水桶噴射出來的水作用到壓電傳感器上，根據(jù)壓力的變化，控制脫水動作 [知識梳理2]　電冰箱中的傳感器 (1)電冰箱的組成：主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成． (2)控制系統(tǒng)中的傳感器及其作用 傳感器類型 作用 溫控傳感器 按設(shè)定的溫度自動接通和斷開電路，控制電動機(jī)工作 除霜溫控傳感器 在除霜加熱器達(dá)到一定溫度時(shí)，自動斷開加熱器的電源 過熱及過電流 保護(hù)傳感器 當(dāng)電動機(jī)不能正常工作時(shí)，可以自動切斷電源，對電動機(jī)實(shí)行保護(hù) [即學(xué)即用]　(多選)如圖1所示，關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器說法正確的是(　　) 圖1 A．應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成的 B．當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大，反之變小 C．傳感器輸出的是金屬架上的電壓 D．外力越大，輸出的電壓差值也越大 解析　應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成，故選項(xiàng)A錯(cuò)，B對；傳感器輸出的是應(yīng)變片上、下兩表面的電壓差，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也增大，故C錯(cuò)，D對． 答案　BD 二、簡單的光控和溫控電路 [知識梳理]　閱讀課本，填寫下列空格． (1)集成電路又稱IC，是在硅板上集合各種電子器件，實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，它是電子設(shè)備中最重要的部分． (2)光控自動照明電路 利用光敏電阻作控制元件，從而通過光線來實(shí)現(xiàn)自動控制，使電路在天亮?xí)r自動切斷，天黑自動接通． (3)溫控電熨斗 利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時(shí)，電加熱器供電加熱，溫度高于指定值時(shí)要將電源關(guān)閉． [即學(xué)即用]　(多選)電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃時(shí)，下列說法中正確的是(　　) 圖2 A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性 B．當(dāng)溫度超過103 ℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng) C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103 ℃，這時(shí)開關(guān)按鈕會跳起 D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103 ℃，開關(guān)按鈕就不會自動跳起 答案　ACD 一、傳感器的簡單應(yīng)用 例1　如圖3所示為某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)．銅制的測溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器．膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接．盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會膨脹．測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中.5、6分別是電路的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作．拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上．連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸．凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力． 圖3 (1)為什么當(dāng)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)壓縮機(jī)能夠自動開始工作，而在達(dá)到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？ (2)為什么用凸輪可以改變設(shè)定的溫度？ 解析　(1)冰箱內(nèi)溫度較高時(shí)，密封系統(tǒng)中的壓強(qiáng)增大，盒體膨脹，膜盒 3通過小柱體帶動彈簧片4，使動觸點(diǎn)5與靜觸點(diǎn)6接觸，控制壓縮機(jī)自動開始工作，而在達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)彈簧帶動彈簧片4將觸點(diǎn)5、6斷開，使壓縮機(jī)停止工作． (2)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與彈性金屬膜盒3共同控制彈簧片4的運(yùn)動，而彈簧7上彈力的變化會改變設(shè)定的溫度． 答案　見解析 例2　如圖4所示為沖擊防盜報(bào)警器的沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖．在外殼的絕緣基板上固定一個(gè)螺栓，螺栓上有一個(gè)彈簧，彈簧的頂端焊有一個(gè)鋼球，它們都是電的良導(dǎo)體，外殼也使用電的良導(dǎo)體制成．請簡述這種裝置防盜的原理． 圖4 答案　在靜止?fàn)顟B(tài)下，不論傳感器置于何種狀態(tài)，鋼球和外殼呈斷開狀態(tài)不會導(dǎo)通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動時(shí)，則鋼球受到擾動產(chǎn)生運(yùn)動與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報(bào)警裝置開始工作． 二、光傳感器的應(yīng)用 例3　下列關(guān)于光傳感器應(yīng)用的說法中正確的是(　　) A．火災(zāi)報(bào)警器是利用煙霧對光的反射來工作的 B．火災(zāi)報(bào)警器中的光電三極管平時(shí)收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài) C．機(jī)械式鼠標(biāo)器的傳感器是紅外發(fā)射管 D．當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動時(shí)，紅外接收管收到的是斷續(xù)的紅外線脈沖 解析　火災(zāi)報(bào)警器是利用煙霧對光的漫反射工作的，故A正確；光電三極管收不到LED發(fā)出的光處于斷路狀態(tài)(呈高電阻狀態(tài))，B正確；機(jī)械式鼠標(biāo)器的傳感器是紅外接收器，C錯(cuò)；鼠標(biāo)器移動時(shí)，碼盤轉(zhuǎn)動，紅外線接收器收到的是不連續(xù)的脈沖信號，故D正確． 答案　ABD 自主預(yù)習(xí)完成 學(xué)生思考討論 學(xué)生獨(dú)立完成鞏固訓(xùn)練，展示解題思路. 學(xué)生獨(dú)立思考 教師適時(shí)講解 教師請同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，并解釋 總結(jié)歸納 教師引導(dǎo)，并帶領(lǐng)學(xué)生分析