高中物理《傳感器的應(yīng)用》教案2

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111 第六章 傳 感 器 6．3 傳感器的應(yīng)用 （二） ★新課標(biāo)要求 （一）知識與技能 1．了解溫度傳感器在電飯鍋和測溫儀上的應(yīng)用。 2．了解光傳感器在鼠標(biāo)器和火災(zāi)報(bào)警器上的應(yīng)用。 （二）過程與方法 通過實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 在了解傳感器原理及應(yīng)用時(shí)，知道已學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科技社會(huì)中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。 ★教學(xué)重點(diǎn) 各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ★教學(xué)難點(diǎn) 各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ★教學(xué)方法 111 111 實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。 ★教學(xué)工具 演示用的感溫鐵氧體，磁鐵，電烙鐵，計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)器，光敏電阻，多用表，干電池，蠟燭，各種功率的白熾燈等 ★教學(xué)過程 （一）引入新課 師：傳感器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、航天、軍事以及家庭生活等各領(lǐng)域．例如，空調(diào)、電冰箱、微波爐、消毒碗柜等與溫度控制相關(guān)的家用電器，幾乎都要使用溫度傳感器．光傳感器的應(yīng)用也十分廣泛，如電腦上的鼠標(biāo)器、路燈的自動(dòng)控制及火災(zāi)報(bào)警器等． 這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)溫度傳感器和光傳感器的應(yīng)用實(shí)例。 ［板書課題］傳感器的應(yīng)用（二） （二）進(jìn)行新課 1、溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋 師：人類已步入電氣化時(shí)代，隨著人們生活質(zhì)量的提高，電飯鍋、電飯煲已經(jīng)走進(jìn)越來越多的家庭，為什么電飯鍋、電飯煲能自動(dòng)加熱和保溫而不會(huì)使飯燒焦呢？原來電飯鍋中采用了溫度傳感器，能夠隨著溫度的變化自動(dòng)控制電路的開關(guān)。 師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容。 師：溫度傳感器的主要元件是什么？ 生：感溫鐵氧體。 師：感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？ 生：氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成。 師：感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？ 生：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到約103℃，失去鐵磁性． 師：什么是“居里點(diǎn)”？ 生：居里點(diǎn)，又稱居里溫度，即指103℃。 師：觀察演示實(shí)驗(yàn)：感溫鐵氧體的特性。 生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 現(xiàn)象：當(dāng)感溫鐵氧體的溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，感溫鐵氧體與磁鐵分離。說明溫度升高到一定數(shù)值時(shí)，感溫鐵氧體的磁性消失。 師：投影電飯鍋的結(jié)構(gòu)示意圖。 引導(dǎo)學(xué)生思考并回答教材“思考與討論”中的問題，了解電飯鍋的工作原理。 生1：開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。 生2：水沸騰后，鍋內(nèi)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(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)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(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動(dòng)斷電。 師：引導(dǎo)學(xué)生連貫地?cái)⑹鲭婏堝伒墓ぷ鬟^程。 生：開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱． 2．溫度傳感器的應(yīng)用——測溫儀 師：2003年的那個(gè)春天，一頭惡魔沖進(jìn)中華大地，一夜之間，國人無不談S ARS色變．但在全國人民的共同努力下，終于將這頭惡魔降服，并徹底消滅，在抗擊SARS的過程中，許多公共場合都使用了非接觸式紅外測溫儀． 師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，思考并回答有關(guān)問題。 師：溫度傳感器測溫儀有何優(yōu)點(diǎn)？ 生1：可以遠(yuǎn)距離讀取溫度的數(shù)值．因?yàn)闇囟刃盘栕兂呻娦盘柡罂梢赃h(yuǎn)距離傳輸． 師：常見的測溫元件有哪些？ 生2：熱敏電阻、金屬熱電阻、熱電偶及紅外線敏感元件等． 3．光傳感器的應(yīng)用——鼠標(biāo)器 師：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到自動(dòng)控制裝置，而設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝置很多情況下要用到傳感器．如光電傳感器，把光信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后對電信號進(jìn)行放大，再將電信號輸入到相應(yīng)的裝置，進(jìn)而完成相應(yīng)的自動(dòng)控制。下面我們學(xué)習(xí)光傳感器的應(yīng)用實(shí)例——鼠標(biāo)器。 師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，思考并回答有關(guān)問題。 師：機(jī)械式鼠標(biāo)器的內(nèi)部組成是什么？ 生1：滾球、滾軸與碼盤、紅外發(fā)射管與紅外接收管．（光傳感器，如圖所示）豆品多一 師：簡述機(jī)械式鼠標(biāo)器的工作原理。 生2：鼠標(biāo)器移動(dòng)時(shí)，滾球運(yùn)動(dòng)通過軸帶動(dòng)兩個(gè)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應(yīng)的電脈沖信號，計(jì)算機(jī)分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)方向的脈沖信號，紅外接收管處理后就使屏幕上的光標(biāo)產(chǎn)生相應(yīng)的位移。 4．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器 師：許多會(huì)議室、賓館房間的天花板上都裝有火災(zāi)報(bào)警器，火災(zāi)報(bào)警器是光傳感器應(yīng)用的又一實(shí)例。 師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材有關(guān)內(nèi)容，思考并回答有關(guān)問題。 師：以利用煙霧對光的散射來工作的火災(zāi)報(bào)警器為例，簡述其工作原理。 生：報(bào)警器帶孔的罩子內(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(huì)發(fā)出警報(bào)． 師：實(shí)驗(yàn) 生：做實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： 電飯鍋 測溫儀 溫度傳感器 鼠標(biāo)器 火災(zāi)報(bào)警器 光傳感器 傳感器的應(yīng)用 各種傳感器廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ睢⑸a(chǎn)中，如空調(diào)、電冰箱、電飯堡、火災(zāi)報(bào)警器、路燈自動(dòng)控制、電腦鼠標(biāo)器等．傳感器把所感受到的物理量，如力、熱、磁、光、聲等，轉(zhuǎn)換成便于測量的電壓、電流等，與電路相結(jié)合達(dá)到自動(dòng)控制的目的． （四）實(shí)例探究 ☆溫度傳感器的應(yīng)用 【例1】如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20 kΩ，R2=10 kΩ，R3=40 kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當(dāng) a、b端電壓 Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃． 解析：設(shè)電路兩端電壓為U，當(dāng)Uab=0時(shí)，有 解得Rt=20 kΩ 由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 kΩ時(shí)，t=35℃。 答案：35 ☆光傳感器的應(yīng)用 【例2】如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實(shí)驗(yàn)顯示單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是 ，小車速度的表達(dá)式為v= ；行程的表達(dá)式為= 。 解析：這是一道以實(shí)際問題為背景的實(shí)驗(yàn)題，顯然無法通過遷移課本實(shí)驗(yàn)中的方法來解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。 根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2πR f，其中R為車輪的半徑，f為單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個(gè)脈沖被B接收到，因此有，代入上式，有。 同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個(gè)行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而，所以?？梢?，還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。 答案：車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P；； ★課余作業(yè) 1、課下閱讀有關(guān)傳感器應(yīng)用的科普類文章，了解有關(guān)傳感器的應(yīng)用實(shí)例以及工作原理。 2、閱讀教材“科學(xué)漫步”，了解有關(guān)“機(jī)器人”的知識。 3、思考并回答“問題與練習(xí)”第1、2題。 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 ★課本“問題與練習(xí)”解答 1．（l）聲傳感器和光傳感器 （2）與門電路 2．（1）由于磁傳感器輸出的由壓與感受的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的變化，可將待測電流通入繞在不閉合鐵芯上的線圈中，如圖所示．將傳感器置于鐵芯間隙；如圖中A位置，通過轉(zhuǎn)換電路及檢測電路即可得到電流。 （2）霍爾傳感器與永磁體連在一起時(shí)．在霍爾傳感器中 形成一個(gè)固定的偏置電壓，這時(shí)當(dāng)導(dǎo)磁材料進(jìn)入傳感器 的區(qū)域時(shí)，會(huì)引起傳感器中磁場的變化，從而可以確定導(dǎo)磁材料的位置，因此將芯片固定在汽車或機(jī)器的鐵質(zhì)齒輪附近，由于鐵是導(dǎo)磁材料，每一齒靠近都 會(huì)使磁場增強(qiáng)，從而輸出高電平，間隙輸出低電平，則可由此確定每一齒出現(xiàn)的位置，對應(yīng)通過檢測電路轉(zhuǎn)換，即可得到轉(zhuǎn)速． ★資料袋 紅外線傳感器與非接觸式紅外測溫儀 紅外線傳感器接收攜帶著信息的紅外線，轉(zhuǎn)換成電信號，從而得知輻射源的相關(guān)參數(shù)或信息． 自然界幾乎所有的物體都能輻射波長在 0.76 μm～1000 μm的電磁波即紅外線，因此紅外線傳感器不僅被廣泛用于航空攝影、衛(wèi)星遙感遙測等高科技領(lǐng)域，也被廣泛用于日常生活中，自動(dòng)門、生命探測器、非接觸式紅外測溫儀、家電遙控系統(tǒng)以及防盜、防火報(bào)警器等均使用了紅外線敏感傳感器． 由于物體的溫度不同，發(fā)射紅外線的情況也不同，因此利用紅外線敏感元件可以實(shí)現(xiàn)無接觸測溫． 非接觸式紅外測溫儀通過接收人體的紅外輻射實(shí)現(xiàn)體溫測試，可在距離人體50 cm～300 cm處快速、有效地篩查出公共場所中的高溫人員，再由醫(yī)護(hù)人員對其進(jìn)行確診．一般的非接觸式紅外測溫儀測溫速度小于0.5 s，分辨力達(dá)到0.l℃．與傳統(tǒng)的接觸式醫(yī)用溫度計(jì)相比有兩大優(yōu)點(diǎn)：①非接觸式紅外測溫儀在測溫時(shí)不必與被測物體表面接觸，不像口含式溫度計(jì)或紅外測溫儀那樣近距離讀取測量值；②可立即顯示溫度值，而口含式溫度計(jì)要30 s后才能顯示最終溫度值． 111