高中物理《傳感器的應用》教案2

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111 第六章 傳 感 器 6．3 傳感器的應用 （二） ★新課標要求 （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用。 2．了解光傳感器在鼠標器和火災報警器上的應用。 （二）過程與方法 通過實驗或演示實驗，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應用。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 在了解傳感器原理及應用時，知道已學知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價值，增強學習興趣，培養(yǎng)良好的科學態(tài)度。 ★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 111 111 實驗法、觀察法、討論法。 ★教學工具 演示用的感溫鐵氧體，磁鐵，電烙鐵，計算機的鼠標器，光敏電阻，多用表，干電池，蠟燭，各種功率的白熾燈等 ★教學過程 （一）引入新課 師：傳感器的應用已經(jīng)滲透到環(huán)境保護、交通運輸、航天、軍事以及家庭生活等各領域．例如，空調(diào)、電冰箱、微波爐、消毒碗柜等與溫度控制相關的家用電器，幾乎都要使用溫度傳感器．光傳感器的應用也十分廣泛，如電腦上的鼠標器、路燈的自動控制及火災報警器等． 這節(jié)課我們就來學習溫度傳感器和光傳感器的應用實例。 ［板書課題］傳感器的應用（二） （二）進行新課 1、溫度傳感器的應用——電飯鍋 師：人類已步入電氣化時代，隨著人們生活質(zhì)量的提高，電飯鍋、電飯煲已經(jīng)走進越來越多的家庭，為什么電飯鍋、電飯煲能自動加熱和保溫而不會使飯燒焦呢？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控制電路的開關。 師：引導學生閱讀教材有關內(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而成。 師：感溫鐵氧體有何特點？ 生：常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達到約103℃，失去鐵磁性． 師：什么是“居里點”？ 生：居里點，又稱居里溫度，即指103℃。 師：觀察演示實驗：感溫鐵氧體的特性。 生：觀察實驗現(xiàn)象。 現(xiàn)象：當感溫鐵氧體的溫度升高到一定數(shù)值時，感溫鐵氧體與磁鐵分離。說明溫度升高到一定數(shù)值時，感溫鐵氧體的磁性消失。 師：投影電飯鍋的結構示意圖。 引導學生思考并回答教材“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，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(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(nèi)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。 師：引導學生連貫地敘述電飯鍋的工作過程。 生：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)，則觸點接通，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． 2．溫度傳感器的應用——測溫儀 師：2003年的那個春天，一頭惡魔沖進中華大地，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：引導學生閱讀教材，思考并回答有關問題。 師：溫度傳感器測溫儀有何優(yōu)點？ 生1：可以遠距離讀取溫度的數(shù)值．因為溫度信號變成電信號后可以遠距離傳輸． 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．光傳感器的應用——鼠標器 師：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常用到自動控制裝置，而設計自動控制裝置很多情況下要用到傳感器．如光電傳感器，把光信號轉化為電信號，然后對電信號進行放大，再將電信號輸入到相應的裝置，進而完成相應的自動控制。下面我們學習光傳感器的應用實例——鼠標器。 師：引導學生閱讀教材有關內(nèi)容，思考并回答有關問題。 師：機械式鼠標器的內(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：簡述機械式鼠標器的工作原理。 生2：鼠標器移動時，滾球運動通過軸帶動兩個碼盤轉動，紅外接收管就收到斷續(xù)的紅外線脈沖，輸出相應的電脈沖信號，計算機分別統(tǒng)計兩個方向的脈沖信號，紅外接收管處理后就使屏幕上的光標產(chǎn)生相應的位移。 4．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(nèi)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(nèi)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(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． 師：實驗 生：做實驗，記錄實驗現(xiàn)象。 （三）課堂總結、點評 本節(jié)課主要學習了以下幾個問題： 電飯鍋 測溫儀 溫度傳感器 鼠標器 火災報警器 光傳感器 傳感器的應用 各種傳感器廣泛應用于人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)中，如空調(diào)、電冰箱、電飯堡、火災報警器、路燈自動控制、電腦鼠標器等．傳感器把所感受到的物理量，如力、熱、磁、光、聲等，轉換成便于測量的電壓、電流等，與電路相結合達到自動控制的目的． （四）實例探究 ☆溫度傳感器的應用 【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 a、b端電壓 Uab<0時，電壓鑒別器會令開關S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當Uab>0時，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：設電路兩端電壓為U，當Uab=0時，有 解得Rt=20 kΩ 由圖乙可知，當Rt=20 kΩ時，t=35℃。 答案：35 ☆光傳感器的應用 【例2】如圖所示為一實驗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。車輪轉動時，A發(fā)出的光束通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(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 ，小車速度的表達式為v= ；行程的表達式為= 。 解析：這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉動有關，也就與速度和行程有關。 根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應有v=2πR f，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉一圈應有P個脈沖被B接收到，因此有，代入上式，有。 同樣，根據(jù)行程的意義，應有，其中f為整個行程中車輪轉過的圈數(shù)；而，所以。可見，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、課下閱讀有關傳感器應用的科普類文章，了解有關傳感器的應用實例以及工作原理。 2、閱讀教材“科學漫步”，了解有關“機器人”的知識。 3、思考并回答“問題與練習”第1、2題。 ★教學體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 ★課本“問題與練習”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強度成正比的變化，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．在霍爾傳感器中 形成一個固定的偏置電壓，這時當導磁材料進入傳感器 的區(qū)域時，會引起傳感器中磁場的變化，從而可以確定導磁材料的位置，因此將芯片固定在汽車或機器的鐵質(zhì)齒輪附近，由于鐵是導磁材料，每一齒靠近都 會使磁場增強，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，對應通過檢測電路轉換，即可得到轉速． ★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，轉換成電信號，從而得知輻射源的相關參數(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域，也被廣泛用于日常生活中，自動門、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)護人員對其進行確診．一般的非接觸式紅外測溫儀測溫速度小于0.5 s，分辨力達到0.l℃．與傳統(tǒng)的接觸式醫(yī)用溫度計相比有兩大優(yōu)點：①非接觸式紅外測溫儀在測溫時不必與被測物體表面接觸，不像口含式溫度計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，而口含式溫度計要30 s后才能顯示最終溫度值． 111