高中物理：6.1《传感器及其工作原理》教案(3)(新人教选修3-2)

《传感器及其工作原理》教学设计【教材】普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3－2第六章第一节【设计说明】从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。【教学目标】1.知识与技能：（1）知道什么是传感器。（2）了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。2.过程方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。3.情感态度与价值观：通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，用Excel描绘“电阻—温度”曲线，让学生养成实事求是的科学精神。【设计思路】1．关于课题的引入，利用“人进出电梯门”和“人进出商场的自动门”这两个生活实例，让学生得出“自动控制”的感性认识，然后启发学生列举相类似的生活现象，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。2．关于传感器概念的建立：教材中只用了一个干簧管实验就得出了传感器的概念，在教学中要增加几个实验，从多个实验事实中建立出传感器的概念，这样建立物理概念才比较科学，同时也能培养学生科学概括的能力。3．关于各传感器特性及原理的教学：通过设计实验，从定性和半定量的角度让学生获得比较清晰的认识，特别是金属热电阻和热敏电阻的“电阻—温度”曲线，课本中没有安排实验，但在教学中我们是完全可以通过实验得到的，所以本设计中就设计了一个探究实验，这样，课本中的“电阻—温度”曲线的得出就有依有据，更重要的是培养了学生的科学探究能力。4．关于本节内容要培养学生的能力主要有：理论联系实际的能力、观察分析能力、自主合作探究的学习能力。由于本节内容与人们的生活息息相关，要引导学生查阅资料或上网收集关于传感器的知识。【教学资源】1．教材：人民教育出版社《物理》3-2实验器材：干簧管、光敏电阻、热敏电阻（负温度系数）、金属热电阻（取日光灯灯头处的钨丝），万用表、磁铁、电源、小灯泡、导线、温度计、烧杯、铁架台、酒精灯等。2．课件：包含各视频或图片资源。【教学设计】教师活动学生活动点评【导入新课】1.播放人进出电梯门和人进出商场自动门录像.2.设问:这两个生活现象的共同点是什么?总结:这两个现象告诉我们，人不必直接接触就可以实现自动控制.3.设问:你能列举出生活中与此相类似的现象吗?总结:遥控电视、光（声）控灯、各种报警器、电饭煲……4.设疑:想知道自动控制的道理吗?让我们来共同学习传感器的知识.【引入课题】传感器及其工作原理1.观看并比较两个录像片段,从中找出它们的共同点.学生先个人独立思考,然后小组交流.2.学生积极思考,要求每位学生至少能在生活中列举出两个自动控制的实例,并回答交流.从学生熟悉的生活实例导入新课，容易激发学生学习兴趣，引起求知欲望。学生列举类似实例，可以让学生知道物理就在我们身边。【新课教学】1.传感器概念的建立（1）教师展示几个传感器的实物或图片：(2)教师演示三个实验，由此建立传感器的概念。实验一:干簧管实验1．学生观察教师出示的传感器实物或图片，认识其外形和结构。2．让学生拆开盒子，找出特殊元件——干簧管。通过实物或图片，以增强学生的感性认识。把电路设计在暗盒里，更能激发学生的好奇心，引起实验二:光敏电阻实验实验三:热敏电阻(负温度系数)热敏电阻实验设问:上面三个实验中,每个实验现象是什么?这些元件的有什么特性?总结:3．学生思考两个问题：①万用电表的欧姆挡的刻度盘最左和最右端是什么刻度？②用简洁的物理语言描述你所观察到的实验现象。4．学生观察并思考，该实验的现象是什么？5．学生对照三个演示实验，分别说出每个实验的现象，教师逐一板书（如左边所示），同时组织学生将这三个实验对比起来，最终归纳并抽象出这些元件的本质特性。学习的兴趣。从这三个实验中让学生归纳总结得出这些元件的特性，有助于学生建立传感器的概念，在大量实验事实中建立物理概念，学生就不觉得概念抽象，同时遵循了物理概念建立的一般原则。（即概念是存在于一定的物理背景中的）培养学生读书的习惯，看课本的过程磁场电路通断干簧管光照电阻变化光敏电阻温度电阻变化热敏电阻温度非电学物理量电学物理量或电路的通断传感器改变烧杯中水的温度，观察欧姆表指针的偏转情况。指出：上面这些元件就是传感器元件。设问:怎样的元件叫做传感器?总结:现代技术中,传感器是指这样的一类元件:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学物理量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学物理量，或转换为电路的通断。设问：将非电学物理量转换为电学物理量有什么技术意义呢？总结：可以很方便地测量、传输、处理和控制。2.常见传感器及其工作原理（一）（1）干簧管投影：设问：①仔细观察干簧管，它是怎样的结构？②为什么干簧管在电路中能起到开关的作用？③干簧管实际上是一种能感知什么量的传感器？总结：传感器的结构是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用。干簧管实际上是一种能感知磁场的传感器。（2）光敏电阻投影：设问：①仔细观察光敏电阻，结合课本相关内容，请说出光敏电阻是怎样制成的？②阅读课本“科学漫步”，请你分析半导体导电的机理是什么？（教师同时播放“金属和半导体导电机理”课件，配合学生理解）③光敏电阻在被光照射时电阻为什么会发生变化？（教师配合实验提问）6．引导学生阅读课本，并回答传感器是怎样的元件。7．学生结合演示实验一的现象，同时结合图片和实物相互讨论分析干簧管的工作原理。8．学生结合演示实验二的现象，同时结合图片和实物相互讨论分析光敏电阻的特性。9．引导学生观察课件，搞清金属和半导体的导电机理。建立载流子的概念。实际上就是培养学生收集信息、分析信息和处理信息的过程。以“问题串”的形式培养学生科学的思维方法。给予学生探究问题的思路。用课件动画的形式，把难以展示给学生的物理模型形象化，便于学生理④光敏电阻是将哪个非电学量转化为哪个电学量的元件？总结：把硫化镉等一些半导体材料涂敷在绝缘板上，在其表面上再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻。实验说明，光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。发生这样变化的原因在于，半导体在不同的光照下的载流子数目不同，从而使其导电性能发生变化，或者说其电阻发生了变化。光敏电阻能够将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。（3）热敏电阻和金属热电阻教师出示：热敏电阻（负温度系数）和金属热电阻（取日光灯两端的钨丝），同时说明前者材料是半导体后者是金属。设问：当温度发生变化时，这两种电阻的导电性能（或电阻）将会发生怎样的变化呢？实验探究：“电阻——温度”特性图线实验装置：操作要求：注意欧姆表倍率的选择，建议热敏电阻选“×K”，金属热电阻选“×10”。数据记录：温度热敏电阻金属热电阻10．学生观察并记录不同温度下的两个欧姆表的读数，并记录在表格中。（实验时将两个多用电表放在实物投影仪上，学生看屏幕上多用电表指针所指的刻度）同时请三位同学到讲台前，让一个同学观察温度计的示数，让另外两个同学各读一个表的读数，并且与全班同学统一好各温度下的表的读数）。11．请一位同学将实验数据输入到Excel的表格中，并插入图表，显示出R-T图象。解。让几个同学配合实验，目的是培养学生合作的能力。让全班同学一起读投影上的表的读数，目的是让学生有一个实事求是的科学态度。将课本上给出的图6.1-7“电阻——温度”特性图线，通过自己设tR数据处理：用Excel处理表格中的数据，绘出电阻——温度特性图线：RT图象分析：①当温度升高时，这两种电阻将发生怎样的变化？②如果变化相同的温度，你会发现这两种电阻哪个将明显的变化？总结：实验现象表明，但温度升高时，金属热电阻的电阻变大，热敏电阻的电阻变小（需要向学生说明的是，有些热敏电阻的电阻随温度的变化还是存在比较复杂的关系）。并且，热敏电阻的电阻随温度的变化是非常明显的。根据这样的特性，如果用这两种元件做温度传感器，热敏电阻具有较好的灵敏度，但其测温范围小，稳定性较差。设问：热敏电阻是将怎样的非电学物理量转换为电学物理量的？总结：热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。12．组织学生相互讨论图象给我们的信息，并能用简洁的语言表达出来。计实验来得到，目的是培养学生科学探究的能力。用图象反映物理规律具有形象直观的优点。【新课小结】本节课主要介绍了干簧管、光敏电阻、热敏电阻（负温度系数）和金属热电阻的原理及其特性，这类元件或者将非电学物理量转换为电学物理量，或者实现对电路的通断作用，在生产生活中是有着广泛的实际技术意义的。【目标评价】组织学生讨论课件上设计的题目设计题目时布置一些要求学生上网查阅相关资料的内容。来源：高高考资源网()【板书设计】传感器及其工作原理一、传感器概念是指将非电学物理量转换为电学物理量或实现电路通断的元件。二、常见传感器元件的工作原理或特性（一）1．干簧管：感知磁场的元件，实现电路的通断。2．光敏电阻：将光学量转换为电学量的元件。3．热敏电阻和金属热电阻：将热学量转换为电学量的元件。【教后反思】:学生对传感器的知识比较陌生，在教学的过程中通过实物、图片、课件、动画等途径多方位增加学生的感性认识。提高学生学习兴趣，增加学生求知欲。在用Excel处理实验数据描绘R—T图线时，由于测量金属热电阻和热敏电阻时所选用欧姆表的倍率不相同，在同一图象中描绘两个电阻的R-T图线，如果将数据统一成同一倍率，结果发现有一条线难以显示出来，其原因是实验中所用的金属热电阻的电阻相对于热敏电阻小，并且实验中金属热电阻随温度的变化没有热敏电阻明显。但不统一成同一倍率，就用所读的数据，输入Excel中处理时，就能明显得到与课本图6.1-7的图象，这相当于将其中一图线进行了平移，这并不影响问题的处理。在探究“电阻-温度”特性图线的实验中，由于水导电，使得实验存在着误差，如换成不导电的液体（如油）可能要好一点。