传感器及其工作原理

《传感器及其工作原理》教学设计

【教材】普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3－2第六章第一节

【教学目标】

1．知识与技能

了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；

认识一些制作传感器的元器件，知道这些传感器的工作原理。

2．过程与方法

通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。

3．情感、态度与价值观

体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。

【设计思路】

从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。

【教学过程】

一、引入新课

播放录像片《玩具总动员》中的一段，激发学生的兴趣，同时引人新课。

教师：生活中有哪些方面利用了传感器？

学生：楼道的声光控灯、自动出水水龙头、鼠标器、电冰箱等。

教师：各种信息的获取是依赖传感器来实现的，它们构成了现代信息技术系统的“感官”。大家举例中提到的这些传感器酷似人的五官。不过，人们对它的要求要比对人的五官高多了。人们要求传感器能把人体无法感知的量测出来。如红外线、紫外线、无色无味的气体、微弱信号甚至剧毒气体等。传感器就在我们的身边。

二、新课教学

（一）传感器简介

1．什么是传感器

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等_非电学量_______，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等_电学量______，或转换为电路的通断。

2.分类

一般可分为光敏、热敏、声音（话筒）、力学、电磁、生物等类元件。

投影出示一组传感器的图片。

3．传感器的工作原理

（二）认识一些制作传感器的元器件

（1）光敏电阻

学生实验1：用光敏电阻控制音乐盒电路

学生通过实验现象猜想电路中应该有一个对光敏感的原件能控制音乐声的有无。

学生实验2：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测量一只光敏电阻的阻值，实验分别在暗环境和强光照射下进行。

学生总结实验结果：光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。

师生总结：光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

教师简单介绍：光敏电阻在光照射下电阻变化的原因。有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。

学生再分析实验电路，总结实验现象产生的原理。

光电传感器: 光电传感器中的主要部件是光敏电阻。是根据光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的原理制成的。如自动冲水机、路灯的控制、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。

跟踪训练1：

如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中A 是发光仪器，B 是传送带上物品，R 1为光敏电阻，R 2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（ ）

（A ）当有光照射R 1时，信号处理系统获得高电压

（B ）当有光照射R 1时，信号处理系统获得低电压

（C ）信号处理系统每获得一次低电压就记数一次

（D ）信号处理系统每获得一次高电压就记数一次

（2）热敏电阻 学生实验3：学生两人一组，用万用电表的欧姆挡测一只热敏电阻的阻值。先把热敏电阻放入冷水中测量，逐渐改变水的温度，多次记录测得的电阻值。

学生探究：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。

师生总结：半导体热敏电阻也可以用作温度传感器。

热电传感器 :热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的变化而变化的原理制成的，如各种家用电器（空调、冰箱、热水器、饮水机、电饭煲等）的温度控制、火警报警器、恒温箱等。

信号处理系统

如图是一火警报警的一部分电路示意图。其中R 2为用半导体热敏材料(负温度系数）制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a 、b 之间接报警器。当传感器 R 2 所在处出现火情时，显示器的电流I 、报警器两端的电压U 的变化情况是（ ）

A. I 变大，U 变大

B. I 变小，U 变小

C. I 变小，U 变大

D . I 变大，U 变小

设计实验： 用如图示的电磁继电器设计一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。可供选择的器材如下：热敏电阻、绿灯泡、小电铃、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线。

三、小结

传感器是指一些能把光、力、温度、磁感应强度等非电学量转化为电学量或转换为电路的通断的元器件，它在生活、生产和科技领域有着非常广泛的应用。日本把传感器技术列为上世纪八十年代十大技术之首，美国把传感器技术列为九十年代的关键技术，而我国有关传感器的研究和应用正方兴未艾……

四、作业

观察与思考：日常生活中哪些地方用到了传感器，它们分别属于哪种类型的传感器，它们的工作原理如何？

R 2

a

R

本节课依据学生的认知规律组织教学，引入新课从生活实例入手，设置悬念，提出问题，激发学生兴趣，增强学生的求知欲；在进行“什么是传感器”的教学中注重实验探究，引导学生从实验的探究中加以归纳，让学生了解把非电学量转化为电学量的技术意义；在对光敏电阻、热敏电阻这些制作传感器的元器件教学中，注重将教师演示实验与学生动手实验相结合，注重理论与实践相结合。整个教学过程符合新课程的三维目标，体现新课程的理念，注意培养学生的自主、合作、探究能力，注意从生活走向物理，从物理走向生活，以此增进学生的学习能力和科学素养。