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2019-2020年高中物理《傳感器及其工作原理》教案14 新人教版選修3-2 【設(shè)計(jì)說明】 從上世紀(jì)八十年代起，國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”，傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。新課程標(biāo)準(zhǔn)緊扣時(shí)代脈搏，對(duì)傳感器教學(xué)提出明確要求。本課的設(shè)計(jì)思路是通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，了解什么是傳感器，傳感器是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的，傳感器在生產(chǎn)、生活中有哪些具體應(yīng)用，為學(xué)生利用傳感器制作簡單的自控裝置作一鋪墊。教學(xué)時(shí)力避深?yuàn)W的理論，側(cè)重于聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感和崇尚科學(xué)的精神。 【教學(xué)目標(biāo)】 1.知識(shí)與技能： （1）知道什么是傳感器。 （2）了解干簧管、光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻的特性及其工作原理。 2.過程方法： 通過實(shí)驗(yàn)，知道常見傳感器的工作原理和特性。 3.情感態(tài)度與價(jià)值觀： 通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)習(xí)的求知欲，通過采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Excel描繪“電阻—溫度”曲線，讓學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)精神。 【設(shè)計(jì)思路】 1．關(guān)于課題的引入，利用“人進(jìn)出電梯門”和“人進(jìn)出商場(chǎng)的自動(dòng)門”這兩個(gè)生活實(shí)例，讓學(xué)生得出“自動(dòng)控制”的感性認(rèn)識(shí)，然后啟發(fā)學(xué)生列舉相類似的生活現(xiàn)象，體現(xiàn)物理知識(shí)源于生活，服務(wù)于生活的基本觀點(diǎn)。 2． 關(guān)于傳感器概念的建立：教材中只用了一個(gè)干簧管實(shí)驗(yàn)就得出了傳感器的概念，在教學(xué)中要增加幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，從多個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)中建立出傳感器的概念，這樣建立物理概念才比較科學(xué)，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)概括的能力。 3． 關(guān)于各傳感器特性及原理的教學(xué)：通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從定性和半定量的角度讓學(xué)生獲得比較清晰的認(rèn)識(shí)，特別是金屬熱電阻和熱敏電阻的“電阻—溫度”曲線，課本中沒有安排實(shí)驗(yàn)，但在教學(xué)中我們是完全可以通過實(shí)驗(yàn)得到的，所以本設(shè)計(jì)中就設(shè)計(jì)了一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，這樣，課本中的“電阻—溫度”曲線的得出就有依有據(jù)，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力。 4． 關(guān)于本節(jié)內(nèi)容要培養(yǎng)學(xué)生的能力主要有：理論聯(lián)系實(shí)際的能力、觀察分析能力、自主合作探究的學(xué)習(xí)能力。由于本節(jié)內(nèi)容與人們的生活息息相關(guān)，要引導(dǎo)學(xué)生查閱資料或上網(wǎng)收集關(guān)于傳感器的知識(shí)。 【教學(xué)資源】 1． 教材：人民教育出版社《物理》3-2 實(shí)驗(yàn)器材：干簧管、光敏電阻、熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）、金屬熱電阻（取日光燈燈頭處的鎢絲），萬用表、磁鐵、電源、小燈泡、導(dǎo)線、溫度計(jì)、燒杯、鐵架臺(tái)、酒精燈等。 2． 課件：包含各視頻或圖片資源。 【教學(xué)設(shè)計(jì)】 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 點(diǎn)評(píng) 【導(dǎo)入新課】 1.播放"人進(jìn)出電梯門"和"人進(jìn)出商場(chǎng)自動(dòng)門"錄像. 2.設(shè)問:這兩個(gè)生活現(xiàn)象的共同點(diǎn)是什么? 總結(jié):這兩個(gè)現(xiàn)象告訴我們，人不必直接接觸就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制. 3.設(shè)問:你能列舉出生活中與此相類似的現(xiàn)象嗎? 總結(jié):遙控電視、光（聲）控?zé)簟⒏鞣N報(bào)警器、電飯煲…… 4.設(shè)疑:想知道自動(dòng)控制的道理嗎?讓我們來共同學(xué)習(xí)傳感器的知識(shí). 【引入課題】 傳感器及其工作原理 1.觀看并比較兩個(gè)錄像片段,從中找出它們的共同點(diǎn).學(xué)生先個(gè)人獨(dú)立思考,然后小組交流. 2.學(xué)生積極思考,要求每位學(xué)生至少能在生活中列舉出兩個(gè)"自動(dòng)控制"的實(shí)例,并回答交流. 從學(xué)生熟悉的生活實(shí)例導(dǎo)入新課，容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引起求知欲望。學(xué)生列舉類似實(shí)例，可以讓學(xué)生知道物理就在我們身邊。 【新課教學(xué)】 1. 傳感器概念的建立 （1）教師展示幾個(gè)傳感器的實(shí)物或圖片： (2)教師演示三個(gè)實(shí)驗(yàn)，由此建立傳感器的概念。 實(shí)驗(yàn)一:干簧管實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)二:光敏電阻實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)三:熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù))熱敏電阻實(shí)驗(yàn) 改變燒杯中水的溫度，觀察歐姆表指針的偏轉(zhuǎn)情況。 設(shè)問:上面三個(gè)實(shí)驗(yàn)中,每個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么?這些元件的有什么特性? 干簧管 總結(jié): 電路通斷 磁場(chǎng) 光敏電阻 電阻變化 光照 熱敏電阻 溫度 電阻變化 溫度 傳感器 電學(xué)物理量或電路的通斷 非電學(xué)物理量 指出：上面這些元件就是傳感器元件。 設(shè)問:怎樣的元件叫做傳感器? 總結(jié):現(xiàn)代技術(shù)中,傳感器是指這樣的一類元件:它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)物理量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)物理量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。 設(shè)問：將非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量有什么技術(shù)意義呢？ 總結(jié)：可以很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。 2.常見傳感器及其工作原理（一） （1） 干簧管 投影： 設(shè)問： ① 仔細(xì)觀察干簧管，它是怎樣的結(jié)構(gòu)？ ②為什么干簧管在電路中能起到開關(guān)的作用？ ③干簧管實(shí)際上是一種能感知什么量的傳感器？ 總結(jié)： 傳感器的結(jié)構(gòu)是在玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片。當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用。干簧管實(shí)際上是一種能感知磁場(chǎng)的傳感器。 （2）光敏電阻 投影： 設(shè)問： ①仔細(xì)觀察光敏電阻，結(jié)合課本相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)說出光敏電阻是怎樣制成的？ ②閱讀課本“科學(xué)漫步”，請(qǐng)你分析半導(dǎo)體導(dǎo)電的機(jī)理是什么？（教師同時(shí)播放“金屬和半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理”課件，配合學(xué)生理解） ③光敏電阻在被光照射時(shí)電阻為什么會(huì)發(fā)生變化？（教師配合實(shí)驗(yàn)提問） ④光敏電阻是將哪個(gè)非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為哪個(gè)電學(xué)量的元件？ 總結(jié)： 把硫化鎘等一些半導(dǎo)體材料涂敷在絕緣板上，在其表面上再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極，這樣就制成了一個(gè)光敏電阻。實(shí)驗(yàn)說明，光敏電阻在暗環(huán)境中電阻很大，在強(qiáng)光照射下電阻很小。發(fā)生這樣變化的原因在于，半導(dǎo)體在不同的光照下的載流子數(shù)目不同，從而使其導(dǎo)電性能發(fā)生變化，或者說其電阻發(fā)生了變化。光敏電阻能夠?qū)⒐庹諒?qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。 （3）熱敏電阻和金屬熱電阻 教師出示：熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）和金屬熱電阻（取日光燈兩端的鎢絲），同時(shí)說明前者材料是半導(dǎo)體后者是金屬。 設(shè)問：當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，這兩種電阻的導(dǎo)電性能（或電阻）將會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？ l 實(shí)驗(yàn)探究：“電阻——溫度”特性圖線 實(shí)驗(yàn)裝置： t R l 操作要求：注意歐姆表倍率的選擇，建議熱敏電阻選“K”，金屬熱電阻選“10”。 l 數(shù)據(jù)記錄： 溫度 熱敏電阻 金屬熱電阻 數(shù)據(jù)處理： 用Excel處理表格中的數(shù)據(jù)，繪出電阻——溫度特性圖線： R T l 圖象分析： ① 當(dāng)溫度升高時(shí)，這兩種電阻將發(fā)生怎樣的變化？ ② 如果變化相同的溫度，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩種電阻哪個(gè)將明顯的變化？ 總結(jié)： 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，但溫度升高時(shí)，金屬熱電阻的電阻變大，熱敏電阻的電阻變?。ㄐ枰?qū)W生說明的是，有些熱敏電阻的電阻隨溫度的變化還是存在比較復(fù)雜的關(guān)系）。并且，熱敏電阻的電阻隨溫度的變化是非常明顯的。根據(jù)這樣的特性，如果用這兩種元件做溫度傳感器，熱敏電阻具有較好的靈敏度，但其測(cè)溫范圍小，穩(wěn)定性較差。 設(shè)問：熱敏電阻是將怎樣的非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量的？ 總結(jié)：熱敏電阻或金屬熱電阻能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。 1． 學(xué)生觀察教師出示的傳感器實(shí)物或圖片，認(rèn)識(shí)其外形和結(jié)構(gòu)。 2．讓學(xué)生拆開盒子，找出特殊元件——干簧管。 3．學(xué)生思考兩個(gè)問題： ①萬用電表的歐姆擋的刻度盤最左和最右端是什么刻度？②用簡潔的物理語言描述你所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 4．學(xué)生觀察并思考，該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？ 5．學(xué)生對(duì)照三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，分別說出每個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，教師逐一板書（如左邊所示），同時(shí)組織學(xué)生將這三個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)比起來，最終歸納并抽象出這些元件的本質(zhì)特性。 6．引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本，并回答傳感器是怎樣的元件。 7．學(xué)生結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)一的現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合圖片和實(shí)物相互討論分析干簧管的工作原理。 8．學(xué)生結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)二的現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合圖片和實(shí)物相互討論分析光敏電阻的特性。 9．引導(dǎo)學(xué)生觀察課件，搞清金屬和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理。建立載流子的概念。 10．學(xué)生觀察并記錄不同溫度下的兩個(gè)歐姆表的讀數(shù)，并記錄在表格中。（實(shí)驗(yàn)時(shí)將兩個(gè)多用電表放在實(shí)物投影儀上，學(xué)生看屏幕上多用電表指針?biāo)傅目潭龋? 同時(shí)請(qǐng)三位同學(xué)到講臺(tái)前，讓一個(gè)同學(xué)觀察溫度計(jì)的示數(shù)，讓另外兩個(gè)同學(xué)各讀一個(gè)表的讀數(shù)，并且與全班同學(xué)統(tǒng)一好各溫度下的表的讀數(shù)）。 11．請(qǐng)一位同學(xué)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入到Excel的表格中，并插入圖表，顯示出R-T圖象。 12．組織學(xué)生相互討論圖象給我們的信息，并能用簡潔的語言表達(dá)出來。 通過實(shí)物或圖片，以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。 把電路設(shè)計(jì)在暗盒里，更能激發(fā)學(xué)生的好奇心，引起學(xué)習(xí)的興趣。 從這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生歸納總結(jié)得出這些元件的特性，有助于學(xué)生建立傳感器的概念，在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)中建立物理概念，學(xué)生就不覺得概念抽象，同時(shí)遵循了物理概念建立的一般原則。（即概念是存在于一定的物理背景中的） 培養(yǎng)學(xué)生讀書的習(xí)慣，看課本的過程實(shí)際上就是培養(yǎng)學(xué)生收集信息、分析信息和處理信息的過程。 以“問題串”的形式培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。給予學(xué)生探究問題的思路。 用課件動(dòng)畫的形式，把難以展示給學(xué)生的物理模型形象化，便于學(xué)生理解。 讓幾個(gè)同學(xué)配合實(shí)驗(yàn)，目的是培養(yǎng)學(xué)生合作的能力。讓全班同學(xué)一起讀投影上的表的讀數(shù)，目的是讓學(xué)生有一個(gè)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 將課本上給出的圖6.1-7“電阻——溫度”特性圖線，通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來得到，目的是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。 用圖象反映物理規(guī)律具有形象直觀的優(yōu)點(diǎn)。 【新課小結(jié)】 本節(jié)課主要介紹了干簧管、光敏電阻、熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）和金屬熱電阻的原理及其特性，這類元件或者將非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的通斷作用，在生產(chǎn)生活中是有著廣泛的實(shí)際技術(shù)意義的。 【目標(biāo)評(píng)價(jià)】 組織學(xué)生討論課件上設(shè)計(jì)的題目 設(shè)計(jì)題目時(shí)布置一些要求學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料的內(nèi)容。 【板書設(shè)計(jì)】 傳感器及其工作原理 一、 傳感器概念 是指將非電學(xué)物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)物理量或?qū)崿F(xiàn)電路通斷的元件。 二、常見傳感器元件的工作原理或特性（一） 1．干簧管：感知磁場(chǎng)的元件，實(shí)現(xiàn)電路的通斷。 2．光敏電阻：將光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。 3．熱敏電阻和金屬熱電阻：將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的元件。 【教后反思】: 學(xué)生對(duì)傳感器的知識(shí)比較陌生，在教學(xué)的過程中通過實(shí)物、圖片、課件、動(dòng)畫等途徑多方位增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生求知欲。 在用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪R—T圖線時(shí)，由于測(cè)量金屬熱電阻和熱敏電阻時(shí)所選用歐姆表的倍率不相同，在同一圖象中描繪兩個(gè)電阻的R-T圖線，如果將數(shù)據(jù)統(tǒng)一成同一倍率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一條線難以顯示出來，其原因是實(shí)驗(yàn)中所用的金屬熱電阻的電阻相對(duì)于熱敏電阻小，并且實(shí)驗(yàn)中金屬熱電阻隨溫度的變化沒有熱敏電阻明顯。但不統(tǒng)一成同一倍率，就用所讀的數(shù)據(jù)，輸入Excel中處理時(shí)，就能明顯得到與課本圖6.1-7的圖象，這相當(dāng)于將其中一圖線進(jìn)行了平移，這并不影響問題的處理。 在探究“電阻-溫度”特性圖線的實(shí)驗(yàn)中，由于水導(dǎo)電，使得實(shí)驗(yàn)存在著誤差，如換成不導(dǎo)電的液體（如油）可能要好一點(diǎn)。