《高二物理6.1《傳感器及其工作原理》學案（人教版選修3-2）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高二物理6.1《傳感器及其工作原理》學案（人教版選修3-2）（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

111 6．1 傳感器及其工作原理 教學目標 （一）知識與技能 1．知道什么是傳感器。 2．了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 3．會使用霍爾電壓公式。 （二）過程與方法 通過實驗，知道常見傳感器的工作原理。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 通過已有知識在傳感器中的應用激發(fā)科學探究的興趣。 教學重點、難點 重點 認識各種常見的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 難點 光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 教學方法 實驗法、觀察法、歸納法。 教學手段 磁鐵、干簧管、各種常見傳感器、光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件、多用電表、熱水、冷水、臺燈、投影儀等 教學過程 （一）引入新課 引導學生看教材55頁“勇氣號”火星探測器的彩色照片；列舉生活中的一些自動控制實例，如遙控器控制電視開關(guān)、日光控制路燈的開關(guān)、聲音強弱控制走廊照明燈開關(guān)等，激發(fā)學生學習興趣，引出課題。 列舉自己知道的自動控制的其他實例。如當走近自動門時，門會自動打開；電梯關(guān)門，當兩門靠攏到接觸人體時，門又會重新自動打開等等。 （二）進行新課 1、什么是傳感器 演示實驗： 揭示實驗“奧秘”：盒子里用到了一種稱為“干簧管”的元件。 介紹干簧管的構(gòu)造和工作原理，干簧管是一種能夠感知磁場的傳感器。 引導學生閱讀教材2、3段，思考問題： （1）什么是傳感器？ （2）傳感器的作用是什么？ （1）傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。 （2）傳感器的作用是把非電學量轉(zhuǎn)化為電學量或電路的通斷，從而實現(xiàn)很方便地測量、傳輸、處理和控制。 出示幾種常見的傳感器，增加學生的感性認識。 為了制作傳感器，常常需要一些元器件，下面看幾個實例： 2．光敏電阻 介紹光敏電阻的外形和構(gòu)造。如圖6.1-4。 現(xiàn)象：光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生明顯變化。普通電阻則不會發(fā)生變化。 引導學生閱讀教材57頁的內(nèi)容，思考問題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時會發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ （1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關(guān)。 （2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好。 （3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 3．熱敏電阻和金屬熱電阻 引導學生閱讀教材58頁有關(guān)內(nèi)容，思考問題： （1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ （1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導體的導電性能隨溫度升高而降低；半導體材料的導電性能隨溫度升高而變好。 （2）熱敏電阻靈敏度高，但化學穩(wěn)定性較差，測量范圍較小；金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性較好，測量范圍較大，但靈敏度交差。 （3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 現(xiàn)象：熱敏電阻隨著溫度的升高電阻發(fā)生明顯變化。溫度越高，電阻值越小。 引導學生看教材59頁“說一說”欄目中的內(nèi)容。 給電容器帶上一定的電荷，然后用靜電計來檢測兩板間電勢差的變化，即可判斷電容的變化。 電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉(zhuǎn)化為電容這個電學量。 4．霍爾元件 引導學生閱讀教材關(guān)于霍爾元件的內(nèi)容。推導霍爾電壓的公式。 設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運動的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，則電流的微觀表達式為 ① 載流子在磁場中受到的洛倫茲力 載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個側(cè)面出現(xiàn)電勢差，載流子受到的電場力為 當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，洛倫茲力與電場力平衡，即 ② 由①②式得 ③ 式中的nq與導體的材料有關(guān)，對于確定的導體，nq是常數(shù)。令，則上式可寫為 ④ 一個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持I不變，則UH的變化就與B成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量。 （三）課堂總結(jié)、點評 本節(jié)課主要學習了以下幾個問題： 1．制作傳感器需要的敏感元件光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。 2．光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏電阻將光學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 3．熱敏電阻的阻值隨溫度的升高不一定減小。有的熱敏電阻阻值會隨溫度的升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個熱學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量。 4．霍爾元件的霍爾電壓公式為，霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學量。 5．電容式傳感器能夠把位移這個力學量轉(zhuǎn)化為電容這個電學量。 （四）實例探究 光敏電阻及其應用 【例1】如圖所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是（ ） A．當有光照射 R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就記數(shù)一次 D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就記數(shù)一次 熱敏電阻及其應用 【例2】有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是（ ） A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻 B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻 C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻 D．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻 霍爾元件及其應用 【例3】 如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？（此題描述的是著名的霍爾效應現(xiàn)象） 111