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2019-2020年新課標(biāo)魯科版3-2 選修三5.3《大顯身手的傳感器》 WORD教案2 ［課時安排］1課時 ［教學(xué)目標(biāo)］： （一）知識與技能 1．了解傳感器在洗衣機(jī)水位控制裝置上的應(yīng)用。 2．了解傳感器在自動門上的應(yīng)用。 3．了解傳感器在指紋識別器上的應(yīng)用。 4．了解傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 （二）過程與方法 通過實驗或演示實驗，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 在了解傳感器原理及應(yīng)用時，知道已學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。 ［教學(xué)重點］各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ［教學(xué)難點］：各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 ［教學(xué)器材］：投影儀、投影片 ［教學(xué)方法］：實驗法、觀察法、討論法。 ［教學(xué)過程］ （一）引入新課 師：隨著人們生活水平的提高，傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，如走廊里的聲、光控開關(guān)、溫度報警器、孵小雞用的恒溫箱、路燈的自動控制、銀行門口的自動門等，都用到了傳感器．傳感器的工作離不開電子電路，傳感器只是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，對電學(xué)量的放大，處理均是通過電子元件組成的電路來完成的． 傳感器在現(xiàn)代科技及日常生活中發(fā)揮著重要的作用。 （二）進(jìn)行新課 1．洗衣機(jī)水位控制裝置： 壓力傳感器在洗衣機(jī)水位控制裝置中的應(yīng)用 2．自動門： 紅外線傳感器在自動門中的應(yīng)用，及自動門的工作流程。 3．指紋識別器 電容傳感器在指紋識別器上的應(yīng)用。 4．傳感器與機(jī)器人 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 （三）實例探究 力傳感器的應(yīng)用 【例1】用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 m／s2）． （1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時汽車的加速度大小和方向． （2）當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動時，傳感器a的示數(shù)為零． 分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。? 解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力 F2=6.0 N． 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向，即向前（向右）． （2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹。滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左． ☆溫度傳感器的應(yīng)用 【例2】 在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對此，以下判斷正確的是（ ） ①通電后，其電功率先增大，后減小 ②通電后，其電功率先減小，后增大 ③當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1不變 ④當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 分析：當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中，電阻器的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t=t1時，P=P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度由t1升高到t2的過程中增大，R增大，P減?。欢鴾囟仍礁?，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P′也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會有P=P3= P′，即電熱功率P減小到等于散熱功率時，即達(dá)到保溫；當(dāng)tP′，使溫度自動升高到t3；當(dāng)t>t3，P0時，電壓鑒別器使 S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃． 解析：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時，有 解得Rt=20 kΩ 由圖乙可知，當(dāng)Rt=20 kΩ時，t=35℃． 答案：35 ☆光傳感器的應(yīng)用 【例4】如圖所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實驗顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是 ，小車速度的表達(dá)式為v= ；行程的表達(dá)式為= 。 解析：這是一道以實際問題為背景的實驗題，顯然無法通過遷移課本實驗中的方法來解決。但是題目給出了裝置圖，該圖及題文中的相關(guān)說明給我們一定提示，光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。 根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2πR f，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因此有，代入上式，有。 同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而，所以。可見，還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。 答案：車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P；； ［教學(xué)反思］：