人教版高中物理选修3-2 《传感器的应用》导学案(14页).doc

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1、-人教版高中物理选修3-2 传感器的应用导学案6.2 传感器应用（一）适用年级高二所需课时1课时作者姓名单位联系电话概述（介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果。）一教材分析：本节主要学习一些简单传感器的应用，以拓宽学生视野为主，原理粗讲课程内容比较简单，不宜讲细；但学生对于这部分的内容兴趣比较高，可以想办法激发学生学习物理的兴趣和积极性。二教学目标（一）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。（二）过程与方法通过实验或演示实验，

2、了解传感器在生产、生活中的应用。（三）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，培养良好的科学态度。三教学重点各种传感器的应用原理及结构。教学难点各种传感器的应用原理及结构。四学情分析：上节课学生学习了传感器及其工作原理，已知道传感器是将非电学量转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。对传感器已有了一定认识，本节需继续深入学习具体传感器。课时问题设计1.回顾传感器的工作原理，究竟你认为什么是传感器？ 2.举例说明生活中都常见有哪些传感器，你都用过哪些。3.话筒是如何工作的呢，声音和电之间是如何转换的呢？所需教学资源（列出

3、学习过程中所需的各种支持资源。）常规资源导学案、多媒体展台等教学支持环境具备投影功能的多媒体教室评价设 计1.通过课堂上学生对问题的回答情况，检查学生对本节内容的自主复习效果及通过课上学习后的理解效果。2.通过例题的展示，检验学生在学习中能否运用功能的观点分析解决问题。学习活动设计（针对本课时选择的活动形式及过程。）活动顺序及时间安排学生活动教师活动设计意图问题驱动、自主学习5min1.生活中你都知道哪些地方用到了传感器并举出例子。 2.根据课本内容了解传感器是如何工作的，以及简单的工作原理。3.思考话筒是如何工作的，电容式传感器还可能有哪一些展示问题，要求学生先独立思考、自主学习。教师在各组

4、巡查，随时调研。通过学生的自主学习及独立思考了解传感器的原理以及工作过程，对于本课的几种传感器原理要掌握。展示交流、合作探究5min小组内简单交流，然后小组代表展示组内研讨结果。聆听、引导小组展示看看学生对传感器的理解程度把握教学知识梳理、点拨归纳10min（一）引入新课师：上节课我们学习了传感器及其工作原理。传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？生：光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻

5、这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。师：这节课我们来学习传感器的应用。板书课题传感器的应用（一）（二）进行新课1、传感器应用的一般模式师：阅读教材开头几段，然后合上书，在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。生：阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。师：下面学习几个传感器应用的实例。2力传感器的应用电子秤师：阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。（1）电子秤使用的测力装置是什么？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？生：阅读教材，思考并回答问题。师：总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理

6、（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。3声传感器的应用话筒师：阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。（1）话筒的作用是什么？（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？生：阅读教材，思考并回答问题。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振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经

7、扩音器放大后传给扬声器，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。师：指出：驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷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

8、为驻极体师：演示实验：生：观察实验现象。现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。3温度传感器的应用电熨斗师：温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用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：生：做实验，观察实验现象。师：电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。投影：电熨斗结构图（如图所示）思考与讨论：（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是

9、如何使用调温旋钮来实现的？参考答案：（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，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物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的拓展：温度传感器的另一应用电冰箱的温控装置如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜质的测温泡1，细管2和弹性金属膜盒3连成密封的系统，里面充有氯甲烷盒它的

10、蒸汽，构成一个温度传感器，膜盒3为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点盒静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片4盒连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。自动控温原理：如图所示是某种电冰箱内温度控制器的结构，铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，构成了一个温度传感器，膜盒为扁圆形，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接，盒中气体的压强增大

11、时，盒体就会膨胀，测温泡1安装在冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作，拉簧7的两端分别连接到弹簧片和连杆9上，连杆9的下端装在机箱上的轴，凸轮8是由设定温度的旋钮控制的，逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力。当冷藏室里的温度升高时，1、2、3中的氯甲烷受热膨胀，弹性金属膜盒3的左端膨胀，推动弹簧片4向左转动，使5、6接触，控制的压缩机电路开始工作制冷，当温度下降到一定程度，氯甲烷受冷收缩，5、6又分开，制冷结束，直到下次温度升高再重复上述过程。温度设定原理：将凸轮8逆时针旋转，凸轮将连杆9向右顶，使得弹簧7弹力增大，此时要将5、6触点接通，所需

12、要的力就要大些，温度要高一些，即温控挡应低一些（例如1级），顺时针旋转凸轮8，控制的温度低一些，控温挡要高一些。（三）课堂总结、点评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用来进行自动控制现在生活中的应用的应用非常广泛，声、光、感应都会用到了解传感器的模式，对于放大电路知道即可生活常用但不知道工作的方法和原理，为何与力有关是学生的疑惑点话筒是学生感兴趣知道的用途多，但原理知道的少实物展示，激发学生的兴趣解释温度控制的的同时，调温旋钮的使用简单介

13、绍例题评析、深化提高15min力传感器的应用【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 ms2）（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零解：（1）

14、如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有得4 m/s2a1与F1同方向，即向前（向右）（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左温度传感器的应用【例2】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能对此，以下判

15、断正确的是（ ）通电后，其电功率先增大，后减小 通电后，其电功率先减小，后增大 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变A B C D分析：当电热灭蚊器温度由0升到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t=t1时，P=P1达到最大当温度由t1升高到t2的过程中增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境温度的差别也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P也就越大；因此在这之间的某一温度t3会有P=P3= P，即电热功率

16、P减小到等于散热功率时，即达到保温；当tP，使温度自动升高到t3；当tt3，PP，使温度自动降为t3，实现自动保温，正确答案为D。分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小本题意在引导学生学会分析传感器与一般力学题的关联 对给定图象的题目，要注意分析图象信息，把握变化规律，并结合所学物理规律进行分析讨论夯实基础、挑战潜能8min1压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图1甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0

17、.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中()图1A物体处于失重状态B物体处于超重状态C升降机一定向上做匀加速运动D升降机可能向下做匀减速运动2传感器是一种采集信息的重要器件，如图2所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是()图2若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流若电流表有示数，则说明压力F发生变化若电流表有示数，则说明压力F不发生变化ABCD3如图3所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动

18、头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：图3(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2

19、间的电压U之间的函数关系式3(1)(2)(3)mU解析托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比(1)由力的平衡知识知m0gkx1，解得x1来源:学科网(2)放上重物重新平衡后m0gmgkx2解得x2(3)由闭合电路欧姆定律知EIR，由部分电路欧姆定律知UIR串，由，其中x为P1、P2间的距离，则xx2x1联立解得mU答案BD答案A传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程最后一题附加，给程度较好同学自我检测。分层评价：鼓励学生积极去做，结合

20、自身情况，最大限度挑战自己。方法总结分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律(4)执行机构工作分析教学评价1.在自主学习过程中看学生的学习效率 方法：老师巡视现场评价评价指标：静下心来认真自主学习；积极在学案上写下自己的想法。2.交流讨论，互促提升过程中，看学生的参与度 评价方法：小组评价与教师评价相结合评价指标：敢于提出自己的

21、建议；认真思考别人的想法；敢于质疑，善于总结。3.例题评析过程中，学生的自主性的发挥 评价方法：教师现场评价、学生互评结合评价指标：有限时间对题目有一定的思路，敢于说出自己的想法，对问题的分析是否正确4.限时训练阶段，学生的实际效果 评价方法：小组内互评 评价指标：有限时间能否高效思考，思考结果的准确性，敢于提出自己的意见。实施方案实施前：教学环境的准备 学生分析：基于前面复习内容，学生明确传感器的原理，但仍不够系统。由于这部分要求不是很高，但在题目设计上多于力学电学题相关联，减少学生在新的知识上的恐惧心理，同时学生对于这部分比较感兴趣。实施中：按照前面教学整个流程设计，稳步推进，以学生为主，重点看学生的参与度、自主度和实际效果。同时根据实际教学进度，灵活调整内容及难度。实施后：各小组学习成果评价：教师总评价各小组成员的学习成果。小组成员评价：请各小组长根据评价要素对小组成员打分。收交各小组的各项评价打分。课后作业完成学案和自主学习丛书-第 14 页课时26