高中物理《传感器及应用》教案教科版选修1_.pdf
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1、 传感器及应用 章节 课题 项目一 传感器的基本知识 模块一 传感器的定义与作用 模块二 传感器的组成与分类 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 投影仪、课件 教学目标 知识 教学点 1掌握传感器的定义、作用 2让学生理解传感器的组成与分类 能力 培养点 培养学生理论联系实际、分析思考理解物理现象的能力。德育 渗透点 学好专业知识，为社会服务 教学重点 难点 重点 传感器的定义、作用 难点 传感器的应用领域 学法引导 讲授法、讨论法、提问法、举例法 教学内容 更新、补 充、删节 传感器在现实生活中的应用、以及传感器所涉及的一些物理量的知识 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都
2、电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.说明开设本课程的目的和意义。3.介绍本课程的学时安排。4.说明本课程的考核方法。二、自主、合作、探究 模块一 传感器的定义与作用 任务一 传感器的定义 传感器：利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。任务二 传感器的作用和应用领域 1.通过把计算机比作人的大脑，把
3、传感器比作人的感觉器官，执行器比作人的四肢，就可以制造出工业机器人。2.用途：信息收集、信息数据的交换、控制信息采集的功能 3.传感器的应用范围：（1）在制造业中（2）在汽车中（3）在智能楼宇中（4）在家用电器中（5）在安全防范中（6）在机器人中（7）在人体医学上（8）在环境保护中（9）在航空航天中（10）在摇感技术中（11）在军事上的应用 任务三 传感器在国民经济中的地位 传感器在现代科学技术、农业及工业自动化的发展起到基础和支柱作用，在世界各国也成为一种重要产业。让学生讨论后从生活中举例说明传感器的应用 学生在老师讲解的基础上学生归纳（教师补充）学生回忆并理解，完成课后习题 2 分 13
4、25 分 35 13 2 模块二 传感器的组成与分类 任务一 传感器的组成 常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件：能直接感受被测量的部分。转换元件：将收到的非电量转换成电量的器件。转换电路：将无源型传感器输出的电参数量转换成电能量。任务二 传感器的分类 1、按输入量分 物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。2、按物换原理分 结构型、物性型、复合型。3、按输出信号形式分 开关式、模拟式、数字式。4、按输入和输出特性分 线性、非线性。5、按转能量转换的方式分 有源型、无源型。三、课堂热身 这堂课学习了传感器的基本知识、组成与分类等知识，要求掌握并理解传感器的涵义、作用。四、拓展延伸
5、1.作业布置：课后习题 1-1、1-3 试述生活中哪些家用电器使用了传感器。2.预习传感器的基本特性。章节 课题 模块三 传感器的基本特性 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 传感器静态特性与动态特性 能力 培养点 培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力 德育 渗透点 好好学习做有用之才 教学重点 难点 重点 传感器的静态特性 难点 传感器静态特性的理解 学法引导 1、讲授法 2、举例法 3、讨论法 4、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 自动控制原理的传递函数知识 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编
6、著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教案 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问（1）什么是传感器？（2）传感器的作用和应用领域有哪些？（3）传感器的组成？分类？3.概述内容：传感器的静态特性与动态特性 二、自主、合作、探究 模块三 传感器的基本特性 任务一 传感器的静态特性 传感器在被测量每个量值处于稳定状态下输出与输入的关系。有 1、灵敏度 用 k 表示，是输出量 y 和输入量 x 之比，或看成两者的增益之比。2、
7、分辨力 规定范围内能够检测出被测量的最小变化量（M）。通常(15)CNMCk；N 为噪声电平，C 为常数。3、测量范围和量程 在允许误差范围内，传感器能测量的下限值（miny）到上限值（maxy）之 间 称 为 测 量 范 围minmaxyy两 者 之 差 就 叫 量 程，maxminF Syyy。4、误差特性（1）线性度 指校准曲线与理论拟合曲线之间的最大偏差（maxL）与满量程值（F Sy）的百分比，表示为max100%LF SLy。1)端基拟合直线 由传感器校准数据的零点输出平均值和满量程平均值连成的一直线。学 生 起 来回答 学生思考，老师讲解、引导。学 生 认 真听 讲 并 做好笔记
8、 学 生 在 教师 的 引 导下回顾 2分 13分 30 30 13 2 2）独立拟合直线方程 用最小二乘法求得（2）迟滞 传感器在正、反行程期间，输入、输出曲线不重合的现象。数值是百分比，用H表示。（3）重复性 传感器输入量按同一方向作多次测量时，输出特性不一致的程度。属于随机误差，记作K，为标准误差，im为最大误差(23)100%KF Sy；211nimin(4)零漂和温漂 任务二 传感器的动态特性 当输入量（X）随时间变化时（如加速度、振动），讨论传感器的动态特性，输入输出关系称动态特性。三、课堂热身 这堂课学习了传感器的基本特性的知识，要求重点掌握并理解传感器的静态特性。四、拓展延伸
9、1.作业布置：课后习题 1-5 2.预习传感器的测量误差与准确度及传感器中的敏感元件。章节 课题 模块四 传感器的测量误差与准确度 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 1、掌握测量误差的含义及分类 2、掌握准确度的计算并学会应用 能力 培养点 培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 德育 渗透点 努力上进，探索求新 教学重点 难点 重点 传感器测量误差与准确度的含义及用法 难点 传感器测量误差与准确度的含义及用法 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测
10、技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教案 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问（1）传感器的静态特性有哪些？（2）传感器的误差特性有哪些？3.概述内容：测量误差的类型 测量误差的表示方法 准确度 二、自主、合作、探究 模块四 传感器的测量误差与准确度 任务一 误差的类型 1.按误差的性质分类（1）系统误差（2）随机误差（3）粗大误差 2.按被测量与时间的关系分类(1)静态误差(2)动态误差 任务二 基本测量知识
11、 1、误差表示方法（1）绝对误差 学生回顾并回答问题 为本次课作好准备 学生在老师讲解基础上思考并理解 学生认真听讲并做好笔记 学生先总结归纳，教师补充 2 分 13 25分 35分 10分 课后体会 指示值与真值之差 0 xAA 若设一修正值 C，0 xAAC。（2）相对误差 实际误差 0100%AA；标称相对误差100%xxA；引用相对误差100%nF SA 1-9 有一台测温 任务三 准确度（S）传感器和测量仪表的误差是以准确度表示的。%nmS，nm为最大引用相对误差；max100F SSA。例 1：有一台测温仪表，测量范围为-200+800 准确度为 0.5 级。现用它测量 500的温
12、度，求仪表引起的绝对误差和相对误差。解：由准确度公式max100F SSA得 max=100F SAS=0.5 1000100=5 100%nF SA=51000100%=0.5%三、课堂热身 四、拓展延伸 1.作业布置：课后习题 1-10、1-11 2.复习本节所学知识，预习传感器的敏感元件。教案 章节 课题 模块五 传感器中的敏感元件 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 1、掌握应力及应变的含义及用法 2、弹性敏感元件的特性 能力 培养点 培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 德育 渗透点 努力上进，探索求新 教学重点 难点 重点 掌握应力与应变的含义及用
13、法 难点 掌握应力与应变的含义及用法 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问（1）什么是真值？（2）传感器的误差按性质分有哪些？按被测量与时间关系分呢？（3）误差的表示方法有哪些？（4）准确度的公式？3.概述内容：传感器
14、中的弹性敏感元件 二、自主、合作、探究 模块五 传感器中的弹性敏感元件 任务一 应力与应变的概念 1、应力 物体在单位面积上引起的内力称应力。FS 拉伸状态时为正值，压缩时为负值。物体一端固定，另一端受平行于端面的力作用时，内部任意截面上产生大小相等、方向相反的应力，称为切向应力。2、应变 应变是物体受外力作用时的形变。纵向应变lll；横向应变rlrr，为泊松比。切应变xtgL。3、胡克定律与弹性模量 胡克定律：当应力未超过某一限值时，应力与应变成正比。,E剪切应力G。E 为弹性模量，G 为剪切模量。任务二 弹性敏感元件的特性 1、刚度 外力作用下变形大小的量度。FKx 学生回顾并回答问题 为
15、本次课作好准备 学生在老师讲解基础上思考并理解 学生认真听讲并做好笔记 学生先总结归纳，教师补充 2 分 13 25分 35分 10分 2、灵敏度 xkF 3、固有振动频率0()f 固有角频率0K m。任务三 弹性敏感元件的材料性能 1、弹性元件的类型（1）变换力的弹性敏感元件（2）变换压力的弹性元件 三、课堂热身 四、拓展延伸 1.作业布置：课后习题 1-12、1-13 3.复习项目一所学知识，为习题课做好准备。教案 章节 课题 习题课 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 1、传感器的定义作用、组成及特性 2、传感器测量误差与准确度及传感器的弹性敏感元件 能力
16、 培养点 培养学生理论联系实际，用理论知识解决实际问题。德育 渗透点 好好学习，为社会服务 教学重点 难点 重点 传感器的定义及测量误差与准确度的理解与应用 难点 对传感器的特性的理解 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习
17、提问（1）传感器的误差类型有哪些？（2）误差的表示方法有哪些？（3）什么是应力？什么是应变？（4）弹性敏感元件的特性有哪些？二、自主、合作、探究 P11：1-10、1-11、1-12、1-13 三、课堂热身 四、拓展延伸 1、作业布置：随堂 2、预习：电阻式位移传感器 全体学生共同思考，两位起来回答。教师讲解 学生回顾归纳（教师补充）教师提示、引导 2 分 8 30 分 35 12 3 教案 章节 课题 项目二 线性位移传感器及应用 模块一 电阻式位移传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 1、应变式电阻式位移传感器的原理及转换电路 2、电位器式位移传感器的
18、原理 能力 培养点 会用理论知识解决相关问题 德育 渗透点 好好学习早日为社会服务 教学重点 难点 重点 应变式电阻式位移传感器的工作原理 难点 应变式电阻式位移传感器的转换桥路 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 有关桥式电路和二极管的知识 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教 与 学 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名，稳定
19、学生情绪 2.概述内容：应变电阻式位移传感器 电位器式位移传感器 二、自主、合作、探究 模块一 电阻式位移传感器 任务一 应变电阻式位移传感器 依据应变原理，通过应变片或弹性元件将机械构件的应变或应力转换为 电阻变化再进行电量测量的装置。1.应变电阻式位移传感器的组成 由弹性敏感元件、电阻应变片和转换电桥组成。2.电阻应变片（1）灵敏度 1）金属导体的电阻应变灵敏度 导体的电阻定律 lRs 导体或半导体在外界力的作用下产生机械形变时，其阻值也随之发生变化的现象。经证明得：RKR;K 为应变灵敏度系数，金属电阻应变片 K2。2）半导体的压阻效应与压阻系数 半导体应变片()6070.LLKE、E
20、分别为压阻系数和弹性模量。（2）电阻应变片的结构类型 结构由引线、覆盖层、敏感栅、基底组成。金属电阻应变片 有丝式、箔式、薄膜式。半导体应变片 有体型、薄膜型、扩散型。3.转换桥路 全体同学思考，两位同学起来回答 学生在教师讲解的基础上理解、思考 教师归纳、总结 教师讲解，学生回忆、思考 2 分 8 30分 30 20分 可用直流电桥或交流电桥作为转换电桥。（1）电阻电桥的输出电压 电桥的平衡条件是对边臂电阻乘积相等。直流电桥都设置1RP和5R组成的调零电路 当四个桥臂初始电阻都发生变化时称全桥工作方式。31241234()4iOURRRRURRRR（2）转换电桥的工作方式 1）半桥单臂工作方
21、式：114iOURUR（2）半桥单臂工作方式 1212()4iOURRURR（3）差动电桥 相邻桥臂传感器变化相反，相对桥臂传感器变化相同。若桥臂传感器变化量相等，可称为对称电桥。半桥双臂 112iOURUR；全对称桥11OiRUUR 任务二 电位器式位移传感器 将非电量转换成电阻值的变化 电位器的转换原理 电阻长度为 l,阻值为 R，输入电压为iU，x 是位移量，；ioUUxl；三、课堂热身 本次课学习了应变电阻式位移传感器及电位器式位移传感器的工作原理及转换电路，重点掌握它们的工作原理，熟悉应变电阻式位移传感器的转换桥路。四、拓展延伸 1.作业布置：2-2、2-7、2-8 2.预习电容式位
22、移传感器 章节 课题 模块二 电容式位移传感器 课型 新授课 课时 2 教具学具 电教设施 教学目标 知识 教学点 掌握电容式位移传感器的类型及转换电路 能力 培养点 培养学生分析问题解决问题的能力 德育 渗透点 好好学习，为社会服务 教学重点 难点 重点 电容式传感器的类型 难点 电容式传感器的转换电路 学法引导 讲授法、举例法、讨论法、提问法 教学内容 更新、补 充、删节 无 参考资料 传感器原理及应用，唐贤远 编著，成都电子科技大学出版社 自动检测技术，吴训一 编著，机械工业出版社 传感器技术手册，袁希光主编，国防工业出版社出版 测试技术及应用，王启广，中国矿业大学出版 教案 教 与 学
23、 互 动 设 计 教 师 活 动 内 容 学生活动内容 时间 课后体会 一、创设情境，激趣导入 1.点名、稳定学生情绪 2.复习提问（1）电阻应变片的灵敏度有哪些，怎样计算？（2）应变式电阻传感器差动工作方式的转换电桥的输出电压怎么算？3.概述内容：电容式传感器的类型 电容式位移传感器的转换电路 二、自主、合作、探究 模块二 电容式传感器的类型 任务一 电容式传感器的类型 电容式传感器主要用于位移、振动、角度、加速度等机械量精密测量。还逐渐扩大应用于压力、压差、液面、成份含量等方面的测量。两个彼此绝缘且靠得很近的导体可看作是一电容器，电容量为 4QSCUkd 92229 10kNmC。该式是电
24、容式传感器的理论依据。1.变极距型平板电容式位移传感器 d很小时近似线性（d dC C）接入差动式结构后，可提高灵敏度，减小非线性。2.改变极板间有效面积的电容式传感器 有平板式、扇形平板式、柱面板式、圆筒面式。其特性为线性特性。见图 2-16 圆筒式电容值为 全体同学思考，几位同学起来回答 学生在教师讲解的基础上思考并掌握 教师讲解，学生思考后，教师总结 学生在教师的引导下总结并做习题 2 分 13 30 35 10 ()()0.55lnlnrrABKllllCDDdd l 为筒高，d 为 A 的外径，D 为 B 的内径，当 d 接近 D 时，K=0.55。3.改变极板间介质的电容式传感器
25、靠改变介质高度来改变电容值。见图 2-8，介质、空气的相对介电常数分别为10,rr，d 为内筒的外径，D 为外筒的内径，h 为介质高，H 为传感器高，其电容值为 10000(),lnlnrrrKKHCCh CDDdd为初始电容值。任务二 电容式位移传感器的转换电路 1.桥式电路 单臂接法：xC是电容传感器 差动接法：双 T 形电桥 当xC=C 时，负载LR上流过的平均电流为零。当xC变化时，负载LR上得到与电容变化成比例的信号电压。2.差动脉冲调宽电路 输出电压经低通滤波后的平均值正比于输入的非电量。变极距差动电容传感器为：UddUav0 变面积式差动电容传感器为：USSUav0 3.电容式传
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