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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)計說明】 從上世紀八十年代起，國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”，傳感器在當今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。新課程標準緊扣時代脈搏，對傳感器教學(xué)提出明確要求。本課的設(shè)計思路是通過對實驗的觀察、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)時力避深奧的理論，側(cè)重于聯(lián)系實際，讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用，進而提高學(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】 1.知識與技能： （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： 通過實驗，知道常見傳感器的工作原理和特性。 3.情感態(tài)度與價值觀： 通過實驗激發(fā)學(xué)習(xí)的求知欲，通過采集實驗數(shù)據(jù)，用Excel描繪“電阻—溫度”曲線，讓學(xué)生養(yǎng)成實事求是的科學(xué)精神。 【設(shè)計思路】 1．關(guān)于課題的引入，利用“人進出電梯門”和“人進出商場的自動門”這兩個生活實例，讓學(xué)生得出“自動控制”的感性認識，然后啟發(fā)學(xué)生列舉相類似的生活現(xiàn)象，體現(xiàn)物理知識源于生活，服務(wù)于生活的基本觀點。 2． 關(guān)于傳感器概念的建立：教材中只用了一個干簧管實驗就得出了傳感器的概念，在教學(xué)中要增加幾個實驗，從多個實驗事實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)計實驗，從定性和半定量的角度讓學(xué)生獲得比較清晰的認識，特別是金屬熱電阻和熱敏電阻的“電阻—溫度”曲線，課本中沒有安排實驗，但在教學(xué)中我們是完全可以通過實驗得到的，所以本設(shè)計中就設(shè)計了一個探究實驗，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。 【教學(xué)資源】 1． 教材：人民教育出版社《物理》3-2 實驗器材：干簧管、光敏電阻、熱敏電阻（負溫度系數(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、燒杯、鐵架臺、酒精燈等。 2． 課件：包含各視頻或圖片資源。 【教學(xué)設(shè)計】 教師活動 學(xué)生活動 點評 【導(dǎo)入新課】 1.播放"人進出電梯門"和"人進出商場自動門"錄像. 2.設(shè)問:這兩個生活現(xiàn)象的共同點是什么? 總結(jié):這兩個現(xiàn)象告訴我們，人不必直接接觸就可以實現(xiàn)自動控制. 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）控燈、各種報警器、電飯煲…… 4.設(shè)疑:想知道自動控制的道理嗎?讓我們來共同學(xué)習(xí)傳感器的知識. 【引入課題】 傳感器及其工作原理 1.觀看并比較兩個錄像片段,從中找出它們的共同點.學(xué)生先個人獨立思考,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"自動控制"的實例,并回答交流. 從學(xué)生熟悉的生活實例導(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）教師展示幾個傳感器的實物或圖片： (2)教師演示三個實驗，由此建立傳感器的概念。 實驗一:干簧管實驗 實驗二:光敏電阻實驗 實驗三:熱敏電阻(負溫度系數(shù))熱敏電阻實驗 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:上面三個實驗中,每個實驗現(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 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)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片。當磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用。干簧管實際上是一種能感知磁場的傳感器。 （2）光敏電阻 投影： 設(shè)問： ①仔細觀察光敏電阻，結(jié)合課本相關(guān)內(nèi)容，請說出光敏電阻是怎樣制成的？ ②閱讀課本“科學(xué)漫步”，請你分析半導(dǎo)體導(dǎo)電的機理是什么？（教師同時播放“金屬和半導(dǎo)體導(dǎo)電機理”課件，配合學(xué)生理解） ③光敏電阻在被光照射時電阻為什么會發(fā)生變化？（教師配合實驗提問） ④光敏電阻是將哪個非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為哪個電學(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互不相連的柵狀電極，這樣就制成了一個光敏電阻。實驗說明，光敏電阻在暗環(huán)境中電阻很大，在強光照射下電阻很小。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庹諒娙踹@個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。 （3）熱敏電阻和金屬熱電阻 教師出示：熱敏電阻（負溫度系數(shù)）和金屬熱電阻（取日光燈兩端的鎢絲），同時說明前者材料是半導(dǎo)體后者是金屬。 設(shè)問：當溫度發(fā)生變化時，這兩種電阻的導(dǎo)電性能（或電阻）將會發(fā)生怎樣的變化呢？ l 實驗探究：“電阻——溫度”特性圖線 實驗裝置： 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 當溫度升高時，這兩種電阻將發(fā)生怎樣的變化？ ② 如果變化相同的溫度，你會發(fā)現(xiàn)這兩種電阻哪個將明顯的變化？ 總結(jié)： 實驗現(xiàn)象表明，但溫度升高時，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熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。 1． 學(xué)生觀察教師出示的傳感器實物或圖片，認識其外形和結(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驗現(xiàn)象。 4．學(xué)生觀察并思考，該實驗的現(xiàn)象是什么？ 5．學(xué)生對照三個演示實驗，分別說出每個實驗的現(xiàn)象，教師逐一板書（如左邊所示），同時組織學(xué)生將這三個實驗對比起來，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)合演示實驗一的現(xiàn)象，同時結(jié)合圖片和實物相互討論分析干簧管的工作原理。 8．學(xué)生結(jié)合演示實驗二的現(xiàn)象，同時結(jié)合圖片和實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歐姆表的讀數(shù)，并記錄在表格中。（實驗時將兩個多用電表放在實物投影儀上，學(xué)生看屏幕上多用電表指針所指的刻度） 同時請三位同學(xué)到講臺前，讓一個同學(xué)觀察溫度計的示數(shù)，讓另外兩個同學(xué)各讀一個表的讀數(shù)，并且與全班同學(xué)統(tǒng)一好各溫度下的表的讀數(shù)）。 11．請一位同學(xué)將實驗數(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出來。 通過實物或圖片，以增強學(xué)生的感性認識。 把電路設(shè)計在暗盒里，更能激發(fā)學(xué)生的好奇心，引起學(xué)習(xí)的興趣。 從這三個實驗中讓學(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，在大量實驗事實中建立物理概念，學(xué)生就不覺得概念抽象，同時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。 讓幾個同學(xué)配合實驗，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)生有一個實事求是的科學(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)計實驗來得到，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。 【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，或者實現(xiàn)對電路的通斷作用，在生產(chǎn)生活中是有著廣泛的實際技術(shù)意義的。 【目標評價】 組織學(xué)生討論課件上設(shè)計的題目 設(shè)計題目時布置一些要求學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料的內(nèi)容。 【板書設(shè)計】 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：感知磁場的元件，實現(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)生對傳感器的知識比較陌生，在教學(xué)的過程中通過實物、圖片、課件、動畫等途徑多方位增加學(xué)生的感性認識。提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生求知欲。 在用Excel處理實驗數(shù)據(jù)描繪R—T圖線時，由于測量金屬熱電阻和熱敏電阻時所選用歐姆表的倍率不相同，在同一圖象中描繪兩個電阻的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，其原因是實驗中所用的金屬熱電阻的電阻相對于熱敏電阻小，并且實驗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，就能明顯得到與課本圖6.1-7的圖象，這相當于將其中一圖線進行了平移，這并不影響問題的處理。 在探究“電阻-溫度”特性圖線的實驗中，由于水導(dǎo)電，使得實驗存在著誤差，如換成不導(dǎo)電的液體（如油）可能要好一點。