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111 泰興市第三高級(jí)中學(xué)備課紙 2006 年 月 日 課題 第一節(jié) 傳感器及其工作原理 課型 新授課 總 1 課時(shí)，第 1 課時(shí) 教學(xué) 目標(biāo) 1.知道什么是傳感器，理解各類傳感器的工作原理 2.知道光敏電阻特點(diǎn)及作用 3.掌握熱敏電阻和金屬電阻的特點(diǎn)及區(qū)別 4.理解霍爾元件的原理及作用會(huì)用得各類元件(熱敏電阻、光敏電阻、霍爾元件等)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制電路 重點(diǎn) 認(rèn)識(shí)各種常見(jiàn)的傳感器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 難點(diǎn) 光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。 教法 PPT課件，演示實(shí)驗(yàn)，講授 教 學(xué) 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 備注 （一）引入新課 引導(dǎo)學(xué)生看教材55頁(yè)“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器的彩色照片；列舉生活中的一些自動(dòng)控制實(shí)例，如遙控器控制電視開(kāi)關(guān)、日光控制路燈的開(kāi)關(guān)、聲音強(qiáng)弱控制走廊照明燈開(kāi)關(guān)等，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引出課題。 列舉自己知道的自動(dòng)控制的其他實(shí)例。如當(dāng)走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)；電梯關(guān)門(mén)，當(dāng)兩門(mén)靠攏到接觸人體時(shí)，門(mén)又會(huì)重新自動(dòng)打開(kāi)等等。 演示實(shí)驗(yàn)： 干簧管控制電路的通斷: 如圖，小盒子A的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒(méi)有開(kāi)關(guān)，但是把磁鐵B放到盒子上面，燈泡就會(huì)發(fā)光，把磁鐵移走，燈泡熄滅. （演示實(shí)驗(yàn)1：干簧管傳感器） （演示實(shí)驗(yàn)1：干簧管傳感器）（干簧管的實(shí)物及原理圖） 學(xué)生對(duì)干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。聲光控開(kāi)關(guān)在生活中很普及，所以又有親切感 ①當(dāng)冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定值時(shí)，制冷系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，而當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，制冷系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)停止。冰箱的控制，是通過(guò)溫度傳感器實(shí)現(xiàn)的。 ②樓梯道的電燈，晚上，有人經(jīng)過(guò)樓道時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)接通，燈就亮；白天，不管是否有人經(jīng)過(guò)，開(kāi)關(guān)都是斷開(kāi)的，燈總是不亮，這種開(kāi)關(guān)用的就是聲光傳 教 學(xué) 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 備注 一．什么是傳感器 1．傳感器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路的通斷。 2．傳感器的作用是什么：傳感器的作用是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理和控制。 為了制作傳感器，需要一些元器件，下面我們就來(lái)看幾個(gè)實(shí)際的例子。 二．光敏電阻 【演示實(shí)驗(yàn)】比較光敏電阻在不同光照條件下的電阻之不同 空穴和自由電子的形成，是由于光照和溫度升高載流子獲得能量 現(xiàn)象：光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生明顯變化。普通電阻則不會(huì)發(fā)生變化。 問(wèn)題： （1）光敏電阻的電阻率與什么有關(guān)？ （2）光敏電阻受到光照時(shí)會(huì)發(fā)生什么變化？怎樣解釋？ （3）光敏電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 學(xué)生回答：（1）光敏電阻的電阻率與光照強(qiáng)度有關(guān)。 （2）光敏電阻受到光照時(shí)電阻會(huì)變小。硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無(wú)光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好。 （3）光敏電阻能夠?qū)⒐鈱W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。 感器。 ③為了防止火災(zāi)的發(fā)生，在賓館房間的天花板上大多有一個(gè)小盒子，當(dāng)房間失火時(shí)它能感知出現(xiàn)的煙霧，通過(guò)電路發(fā)出警報(bào)，這個(gè)小盒子就是煙霧傳感器。 教后 補(bǔ)記 教 學(xué) 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 備注 三．熱敏電阻和金屬熱電阻 1.金屬導(dǎo)線； 2.熱敏電阻。 問(wèn)題：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系是否相同？ （2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？ （3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠?qū)⑹裁戳哭D(zhuǎn)化為什么量？ 學(xué)生回答：（1）金屬導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能與溫度的變化關(guān)系不相同。金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性能隨溫度升高而降低；半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能隨溫度升高而變好。 （2）熱敏電阻靈敏度高，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，測(cè)量范圍較小；金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性較好，測(cè)量范圍較大，但靈敏度較差。 （3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠?qū)釋W(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。 如圖，當(dāng)被測(cè)物體左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)，如果測(cè)出了電容的變化，就能知道物體位置的變化，用什么方法可以檢測(cè)電容的變化？ 電容式傳感器能夠把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量。 其它電容傳感器：電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器、電容式角度測(cè)試儀、電容式電解液液面升降測(cè)試器 教后 補(bǔ)記 教 學(xué) 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 備注 四．霍爾元件 1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾觀察到，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢(shì)差。人們把這樣的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差叫霍爾電壓。人們利用霍爾效應(yīng)做成了霍爾元件。 如圖，霍爾元件是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作4個(gè)電極E、F、M、N而成。若在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，薄片中的載流子就在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使M、N間出現(xiàn)電壓UH。這個(gè)電壓叫霍爾電壓，其決定式為。式中為薄片的厚度，為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān) 設(shè)載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，單位體積內(nèi)自由移動(dòng)的載流子數(shù)為n，垂直電流方向?qū)w板的橫向?qū)挾葹閍，則電流的微觀表達(dá)式為 ① 載流子在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力 載流子在洛倫茲力作用下側(cè)移，兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)電勢(shì)差，載流子受到的電場(chǎng)力為 當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，即 教后 補(bǔ)記 教 學(xué) 活 動(dòng) 設(shè) 計(jì) 教 師 活 動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 備注 ② 由①②式得 ③ 式中的nq與導(dǎo)體的材料有關(guān)，對(duì)于確定的導(dǎo)體，nq是常數(shù)。令，則上式可寫(xiě)為 ④ 一個(gè)確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持I不變，則UH的變化就與B成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。 教后 補(bǔ)記 111