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1、高中物理-传感器的应用教学设计一、新旧教材对比一、新旧教材对比有关传感器的内容的介绍,课标教材与大纲教材有很大的差别。原大纲教材第二册的学生实验中介绍了传感器的简单应用,其中包括热敏特性实验、光敏特性实验、光电计数的基本原理、简单温度自动控制实验,在第十六章电磁感应最后的阅读材料中,作为电磁感应现象的应用介绍了动圈式话筒的原理。新课标教材早在必修内容中就已经让学生应用了力的传感器和光电门进行实验,在本章中较为系统介绍了了传感器的工作原理,以及在生活中的广泛应用。二、教学设计思想二、教学设计思想思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维
2、方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。本节课首先用声传感器来引入,仍所有的学生都参与进来,激发学生的热情,然后逐一介绍声、力、温度传感器的应用,充分发挥学生的自主能力,指导学生进行阅读教材,进行思考与讨论,并利用实验帮助学生理解,加强学生对传感器的认识。三、教学目标三、教学目标知识与技能1了解力传感器在电子秤上的应用。2了解声传感器在话筒上的应用。3了解温度传感器在电熨斗上的应用。过程与方法通过实验或演示实验,了解传感器在生产、生活中的应用。情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时,知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值,增强学习兴趣,培养
3、良好的科学态度。四、教学重点与难点四、教学重点与难点教学重点传感器的应用原理及结构。教学难点传感器的应用原理及结构。五、教学资源五、教学资源声传感器、驻极体话筒的工作电路示教板,示波器,学生电源,电熨斗,双金属片、酒精灯六、教学过程六、教学过程教学环节教师活动学生活动创设情境激发兴趣传感器应用的一般模式声传感器的应用话筒力的传感器的应用电子秤温度传感器的应用电熨斗创设情境、连接好声音的传感器,利用组随着教室声音的变化,观察波形的激发兴趣介绍：合曲线功能,显示声音的波形变化（无需教师的引导,学生自己图。会认识到声音传感的用途,达到“此时无声胜有声”的效果）回忆：传感器是能够感知诸如力、温光敏电阻
4、将光学量转化为电阻这度、光、声、化学成分等非电个电学量。热敏电阻将温度这个热学量,并把它们按照一定的规学量转化为电阻这个电学量。霍尔律转化成电压、电流等电学元件把磁感应强度这个磁学量转量,或转化为电路通断的一类化为电压这个电学量。元件。认 识 传 感指导学生阅读教材,认识传感器应用的一般模式器 应 用 的一般模式声 传 感 器指导学生阅读教材,思考并回阅读教材,思考并回答问题。的应用话筒答问题。（1）话筒的作用是什么？生 1：话筒的作用是把声音信号转化为电信号。生 2：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动,连接在膜片上的线圈随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里（2）说明动
5、圈式话筒的工作振动从而产生感应电流（电信号）,原理和工作过程。感应电流的大小和方向都变化,振（3）说明电容式话筒的工作幅和频率的变化都由声波决定,这原理和工作过程。这种话筒的个信号电流经扩音器放大后传给优点是什么？扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。生 3：电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜 M 和固定电极 N 形（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？成一个电容器,被直流电源充电 当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压优点：保真度好。生 4：驻极体话筒的原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻
6、极体塑料薄膜 优点：体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。指出：驻极体话筒利用了电介观察实验现象。质的极化现象：将电介质放入不同的声波信号,荧光屏上显示的电场中,在前后两个表面上会波形不同。说明话筒产生的电信号分别出现正电荷与负电荷的是由接收到的声波控制的。现象 某些电介质在电场中被极化后,去掉外加电场,仍然会长期保持被极化的状态,这种材料称为驻极体演示：力 的 传 感指导学生阅读教材,思考并回阅读教材,思考并回答问题。器的应用答问题。电 子（1）电子秤使用的测力装置秤是什么？它是由什么元件组成的？（2）简述力传感器的工作原理。（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？结合板画强
7、调讲解应变片测观察、思考力原理（如图所示）。应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。温 度 传 感温度传感器是应用最广泛的列举生活中哪些用到了声传感器器的应用传感器之一,它能把温度的高的实例 电 熨低转变成电信号,通常是利用斗物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的 电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。实验：观察、思考电熨斗就装有双金属片温度观察、思考传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。引导学生思考与讨论：（1）常温下,上、下触点应是接触（1）常温下,上、下触点应是的,但温度过高时,由于双金属片受接触的还是分离的？当温度热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,过高时,双金属片
8、将怎样起作下部金属膨胀小,则双金属片向下用？弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热 温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝物需要设定不同的温度,此时可通绸衣物需要设定不同的温度,过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺这是如何使用调温旋钮来实丝带动弹性钢片升降,从而改变触现的？点接触的难易,达到控制在不同温度的目的小结本节课主要学习了以下几个问题：力传感器的应用电子秤传感器的应用声传感器的应用话筒温度传感器的应用电熨斗力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号,而温度传感器往往是
9、用来进行自动控制作业1、课下阅读有关传感器应用的科普类文章,了解有关传感器的应用实例以及工作原理。2、思考并回答“问题与练习”第 1、2 题。书面完成第 3 题。资料袋动圈式话筒的原理话筒是把声音转变为电信号的装置图 1 是动圈式话筒的构造原理图,它是利用电磁感应现象制成的当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动,音圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号）,感应电流的大小和方图 1向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。电容式传感器电容器的电容 C 决定于极板正对面积 S、极板间距离 d 以及极
10、板间的电介质这几个因素如果某一物理量（如角度、位移s、深度 h 等）的变化能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,那么,通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化,有这种用途的电容器称为电容式传感器图 2图 3图 4图 5图 2 是用来测定角度的电容式传感器 当动片与定片之间的角度发生变化时,引起极板正对面积 S 的变化,使电容 C 发生变化知道 C 的变化,就可以知道的变化情况图3是测定液面高度h的电容式传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放入导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两个极,导线芯外面的绝缘物质就是电介质 液面高度 h 发生变化时,引起正对面积发生变化,使电容
11、C 发生变化知道 C 的变化,就可以知道 h 的变化情况图 4 是测定压力 F 的电容式传感器,待测压力 F 作用于可动膜片电极上的时候,膜片发生形变,使极板间距离 d 发生变化,就可以知道 F 的变化情况。图5是测定位移x的电容式传感器,随着电介质进入极板间的长度发生变化,就可以知道 x 的变化情况实际中有各种各样的传感器它们都是根据各种物换效应设计而成的,我们在初中学过,导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素,由此可以制成电阻式传感器,用来测定压力、温度等物理量传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件传感器输入的是非电学物理量 x,输出的是电学量 y（图 6）。将非电学物理量转换成电学量后,测量比较方便,而且能输入到计算机进行处理各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件,已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域图 6