高二物理传感器及其工作原理教案.doc

容器两极板之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物 感器：电容式
计 体位置的变化，用什么方法可以检测电容的变化？
压力传感器、
电容式位移
传感器、电容
式角度测试
仪、电容式电
解液液面升
降测试器
电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学 量。
教后 补记
教师活动
学生活动 备注
教 四．霍尔元件
1879 年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置
计 率为 v，单位体积内自由移动的载流子数为 n，垂直电流方
向导体板的横向宽度为 a，则电流的微观表达式为
I nqadv
①
载流子在磁场中受到的洛伦兹力 f qvB
载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，
载流子受到的电场力为 F q U H a
当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即
就亮；白天，不
管是否有人经
（演示实验 1：干簧管传感器）（干簧管的实物及原理图） 过，开关都是断
学生对干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。声光控开关在 开的，灯总是不
生活中很普及，所以又有亲切感
亮，这种开关用
的就是声光传
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学生活动
备注
教 一．什么是传感器
感器。
1．传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、 ③ 为 了 防 止 火
强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
设
计
教后 补记
泰兴市第三高级中学备课纸
2006 年 月 日
课题 第一节 传感器及其工作原理 课型 新授课 总 1 课时，第 1 课时
教学 目标
1.知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理 2.知道光敏电阻特点及作用 3.掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别 4.理解霍尔元件的原理及作用会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简 单的控制电路
重点 认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
难点 光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教法
教 学 活 动 设 计
PPT 课件，演示实验，讲授
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（一）引入新课
①当冰箱内的
引导学生看教材 55 页“勇气号”火星探测器的彩色照片； 温 度 高 于 设 定
列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、 值时，制冷系统
日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激 自动启动，而当
发学生学习兴趣，引出课题。
温度低于设定
列举自己知道的自动控制的其他实例。如当走近自动门 值时，制冷系统
时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时， 又 Nhomakorabea自动停止。
教后 补记
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教
qvB q U H
②
a
学
由①②式得U H

IB nqd
③
式中的 nq 与导体的材料有关，对于确定的导体，nq 是
活 常数。令 k 1 ，则上式可写为 nq
IB
UH k d
④
动
一个确定的霍尔元件的 d、k、为定值，再保持 I 不变，
则 UH 的变化就与 B 成正比。这样，霍尔元件能够把磁感应
门又会重新自动打开等等。
冰箱的控制，是
演示实验：
通过温度传感
干簧管控制电路的通断: 如图，小盒子 A 的侧面露出一个小 器实现的。
灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁 B 放到盒子上面，灯泡就 ② 楼 梯 道 的 电
会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭.
灯，晚上，有人
（演示实验 1：干簧管传感器）
经过楼道时，开
关自动接通，灯
活 通入恒定的电流 I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场 B，薄
片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使 M、N 间
出现电压 UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为
动
UH
k
IB d
。式中 d
为薄片的厚度，k
为霍尔系数，它的大
小与薄片的材料有关
设
I F
N


M
E
B
UH
设载流子的电荷量为 q，沿电流方向定向运动的平均速
声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成 灾的发生，在宾
电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
馆房间的天花
学 2．传感器的作用是什么：传感器的作用是把非电学量转化为 板 上 大 多 有 一
电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理 个小盒子，当房
和控制。
间失火时它能
为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们 感 知 出 现 的 烟
一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，
导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。人
学 们把这样的现象称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电
压。人们利用霍尔效应做成了霍尔元件。
如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化
铟）薄片上，制作 4 个电极 E、F、M、N 而成。若在 E、F 间
教后 补记
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教 三．热敏电阻和金属热电阻
1.金属导线； 2.热敏电阻。 学
问题：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变
化关系是否相同？
活 （2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？
（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？
学生回答：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度
（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？ （3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？
学生回答：（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。硫化镉是一种半导体 材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增 强，载流子增多，导电性能变好。 （3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
活 就来看几个实际的例子。
雾，通过电路发
二．光敏电阻
出警报，这个小
【演示实验】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同 盒 子 就 是 烟 雾
传感器。
动
空穴和自由电子的形
设
成，是由于光照和温度
升高载流子获得能量
计 现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。普通电阻
则不会发生变化。
问题： （1）光敏电阻的电阻率与什么有关？
的变化关系不相同。金属导体的导电性能随温度升高而降
动 低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。
（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较
小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏
度较差。
设 （3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个
电学量。
如图，当被测物体左右方向发生位移时，电介质板随之在电 其 它 电 容 传