高中物理选修3-2教学设计7：6.1传感器及其工作原理
6.1 传感器及其工作原理 优秀教案优秀教学设计 高中物理选修3-2：传感器 (4)
6.1传感器及其工作原理1.教材分析首先，通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念。
然后，介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习的物理知识了解它们的工作原理。
这样，就为认识传感器的应用打下了基础。
为了引起学生的兴趣和加强感性认识，安排了几个演示实验和随堂的学生分组实验，这是必不可少的。
2.传感器概念的教学学生在平时很少感受到传感器的存在及其所起的作用。
．因此，宜采用从具体的事例引导的方法，来认识什么是传感器。
首先，用“永磁体控制小灯泡开关”的实验引入课题，所使用的干簧管构造很简单，并且易于由磁化的知识了解其工作原理，具体内容可参阅后面实验参考资料部分的相关内容。
接着，通过若干事例提出了温度传感器的应用，还可以由教师和学生共同举出能够接触到的其他事例。
最后，概括出传感器的一般概念。
传感器将非电学量转换成的电学量可以有两类。
一类是模拟量，如电阻、电压、电流等，便于计量。
光敏电阻就属于这一类。
另一类是开关量，如电路的通与断，便于实现控制的功能，干簧管就属于这一类。
课本图6．1—3中的温度传感器照片，从上到下分别是：开关型热敏电阻、热电偶、铂热电阻、硅P—N结集成温度传感器。
3.光敏电阻的教学光敏电阻是一种最简单的光敏元件，它的价格低(几角钱)，不易损坏，适合学生实验。
用课本图6．1—5所示的方法做随堂实验，可以直接观察到电阻随光照的变化，并且能够让学生再次练习使用多用电表。
有关使用光敏电阻做传感器应用电路的内容将在后面介绍。
要将光敏电阻与普通电阻器对比，突出显示光敏电阻对光照的高度敏感性。
普通电阻器的导电物质是附着在细瓷棒(或细瓷管)上的金属膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。
讲解光敏电阻的工作原理，能够扩展学生关于物质导电性的知识。
除了已学过的金属的自由电子导电和溶液的离子导电外，又认识了半导体依靠载流子导电的机理。
在课本“科学漫步”栏目中，对这种导电机理做了浅显的解释，学生有所领会即可，不要求掌握。
最新人教版高中物理选修3-2课件：6.1 传感器及其工作原理
三、热敏电阻和金属热电阻
阅读教材第 54 页“热敏电阻和金属热电阻”部分
(2) 作 用 ： 在 电 路 中 起 到 ___开__关___ 的 作 用 ， 它 是 一 种 能 够 感__知__磁__场__的传感器．
3．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量， 可以方便地进行___测__量___、传输、处理和___控__制___．
二、光敏电阻
阅读教材第53页“光敏电阻”部分
【答案】 C
点拨： 分析霍尔效应的原理时，首先建立霍尔效应模型，明确在霍尔 现象中负电荷向某一方向定向移动与正电荷向相反反向移动不等 效．
【变式训练 2】 如图所示是一火警报警器的一部分电路示意 图，其中 R2 为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的 传感器，电流表为值班室的显示器，a、b 之间接报警器．当传感器 R2 所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两端的电压 U 的变 化情况是( )
答案：D
传感器问题的分析方法 ①明确传感器的类型，了解传感器的工作原理． ②确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化． ③根据电学量的变化确定相关物理量的变化．
要点二 对敏感元件的认识
几种敏感元件的对比分析
元件
特点
光敏 电阻
半导体材料受到的光照增强时，会有更多的电子获得能量成 为自由电子，即载流子数增多，于是导电性明显增强，电阻 减小
答案：CDБайду номын сангаас
高中物理选修3-2学案6：6.1传感器及其工作原理
6.1 传感器及其工作原理[学习目标]1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．2．知道将非电学量转化为电学量的意义．3．了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用．一、传感器[知识梳理]1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等，或转换为的元件．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行、传输、和．[判一判]1．传感器是一种把非电学量的变化转化为电学量的变化的元件．()2．传感器一定是把非电学量的变化转化为电路的通断．()3．干簧管是作为非电控元件以实现自动控制的．()[想一想]有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？[合作探究]在现代的工农业生产和日常生活中大量的应用了传感器，给我们的生产和生活带来了极大的方便．（1）传感器是起什么作用的元件？（2）夜晚，楼道里漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥密是什么？[要点突破]1．传感器的组成一般是由敏感元件，转换元件和转换电路组成，有时还需要有辅助电源．2．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、光、声、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．3．传感器的工作流程非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量4．各组成部分的作用(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、湿敏等)制成的．(2)转换元件：传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量(如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等)转换成易于测量的电学量(如电压、电流、电阻等)．[题组训练]1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是()A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量2．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是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，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入电路中相当于开关的作用3．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是( )A ．将力学量(如形变量)转换成磁学量B ．将电学量转换成热学量C ．将光学量转换成电学量D ．将电学量转换成力学量 [名师点拨]传感器问题的分析思路1．明确传感器的类型，了解传感器的工作原理． 2．确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化． 3．根据电学量的变化确定相关物理量的变化．二、对敏感元件的认识[知识梳理] 1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻．(2)原因：无光照时，载流子极，导电性能；随着光照的增强，载流子，导电性． (3)作用：把这个光学量转换为这个电学量． 2．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．3．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．4．霍尔元件(1)构造(如图所示)很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N .(2)霍尔电压E 、F 间通入恒定电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则M 、N 间出现霍尔电压U H ，U H ＝k IB d .d为薄片厚度，k 为霍尔系数．一个霍尔元件的d 、k 为定值，若保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成比．(3)作用把这个磁学量转换为这个电学量．[判一判]1．光敏电阻本身就是一种传感器．()2．半导体制成的热敏元件温度升高时，电阻会发生大幅度变化．()3．金属热电阻的温度升高时，其电阻值会明显增大．()4．霍尔元件在电压稳定时，截流子所受的静电力和洛伦兹力平衡．()[想一想]1．热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？2．如图所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N、M两侧面电势的高低．[合作探究]某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．（1）闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？（2）闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？[要点突破]1．光敏电阻：光敏电阻一般为半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强．光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．热敏电阻和金属热电阻的特点 (1)热敏电阻的两种型号及其分类热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件．在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．热敏电阻器可按电阻温度特性、材料、结构、工作方式、工作温度和用途进行分类．(1)电场的产生：运动的载流子在洛伦兹力作用下在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场．(2)电压的形成：横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压；U H ＝kIBd .U H 与B 成正比是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因．[题组训练]4．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( ) A ．金属导体B ．光敏电阻C．NTC热敏电阻D．PTC热敏电阻5．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷．则下列说法正确的是()A．该元件能把电学量转化为磁学量B．左表面的电动势高于右表面C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比6．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R p在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻/kΩ754028232018并说明阻值随照度变化的特点．甲乙(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R p(符号，阻值见图表)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S 及导线若干．[名师点拨]含有敏感元件电路的分析思路1．明确敏感元件的电阻特性．2．根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质分析电路中其一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况．3．思路流程：R局→R总→I总→U端→局部判断．三、电容式传感器[合作探究]在无线电技术中会用到很多电容器，电容器在电路中具有充放电的作用．（1）平行板电容器的电容与哪些因素有关？（2）电容式传感器是如何实现将非电学量转换为便于测量的电学量的？[要点突破]常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况测定液体深度h的电容式传感器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化．知道C的变化，就可以知道F的变化情况测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道x的变化情况[题组训练]7．传感器是把非电学量(如温度、速度、压力等)的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．如图是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图．电容C大小的变化就能反映液面的升降情况．关于两者关系的说法中正确的是()A．C增大表示h减小B．C减小表示h增大C．C减小表示h减小D．C的变化与h变化无直接关系8．传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；④若电流表有示数，说明压力F发生变化；⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化．A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤9．如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝A sin(100πt)的振动，则()A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大[名师点拨]电容式传感器的应用1．电容式传感器是将非电学量(如：介质的变化、距离的变化，正对面积的变化)转化为电信号的变化．2．电容式传感器可以测定距离、面积、压力、位移、压强等．——★ 参 考 答 案 ★——一、传感器[知识梳理]1．非电学量电学量电路的通断 2．测量处理控制 [判一判] 1．√ 2．× 3．√ [想一想]这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．[合作探究]（1）传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．（2）在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关． [题组训练]1．[解析] 传感器工作的一般流程为 非电学量――→被敏感元件――――――→感知，然后通过转换元件――――――――――→转换成电信号，再通过转换电路――――――――――――→将此信号转换成易于传输或测量的电学量，因此A 、B 、D 错，C 正确．[答案] C2．[解析] 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B 错误，选项C 正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A 错误，选项D 正确．[答案] CD3．[解析] 传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故只有C 项正确．[答案] C二、对敏感元件的认识[知识梳理]1．(1)越小(2)少不好增多变好(3)光照强弱电阻2．减小3．增大4．(1)正 (3)磁感应强度电压[判一判]1．×2．√3．√4．√[想一想]1．不一定，有的随温度的升高而增大(PTC 元件)，有的随温度的升高而减小(NTC 元件)．2．对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N ，N 侧面聚集负电荷，电势较低，M 侧面带正电荷，电势较高，即φM >φN .[合作探究]（1）温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大．（2）温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R 2两端的电压变小，电压表的示数变小．[题组训练]4．[解析] 金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻电阻值是随光照强度的增大而减小，PTC 热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，只有NTC 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C 对，A 、B 、D 错．[答案] C5．[解析] 霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A 错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F 到E ，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B 错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C 错误；根据q v B ＝q U d得，U ＝Bd v ，由电流的微观定义式I ＝nqS v (n 是单位体积内的导电粒子数，q 是单个导电粒子所带的电荷量，S 是导体的横截面积，v 是导电粒子运动的速度)整理得v ＝I nqS ，联立解得U ＝IBd nqS，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D 正确．[答案] D6．[解析] (1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线．阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如图所示．[答案]见[解析]三、电容式传感器[合作探究]（1）由C＝εr S4πkd知平行板电容器的电容与εr、S成正比，与d成反比．（2）极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．[题组训练]7．[解析]C增大表示电容器的正对面积变大，h增大，C减小表示h减小，故C正确．[答案] C8．[解析]在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C＝εr S4πkd知，电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．[答案] A9．[解析] 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U 保持不变，根据场强E ＝U d ，C ＝εS 4πkd可判断A 错，D 对；再由Q ＝CU 可知，B 错；由于Q 变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C 错．[答案] D。
高中物理选修3-2教学设计3：6.1传感器及其工作原理教案
1传感器及其工作原理光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
引导学生列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。
列举自己知道的自动控制的其他实例。
如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。
自学与诊断（2）传感器的作用是什么？传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现合作互动学生活动教学设计互动与展示看课本实验，思考以下问题：精讲与点拨（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
光敏电阻受到光照时电阻会变小。
硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。
光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（BD）A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次．制作传感器需要的敏感元件光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、[例1]有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（AC）A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻[例2]如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）[答案]下表面电势高，U＝BI/ned课后反思：。
高中物理选修3-2教学设计6：6.1传感器及其工作原理
6.1 传感器及其工作原理整体设计教学分析本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原理。
这是本章第一节内容，侧重点在让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来学习新知识。
传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件。
传感器的设计和使用中涉及相当多的物理学知识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物理教学中一项重要任务和内容，也是新课改中心思想的重要体现。
传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，并介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础。
为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是非常必要的。
教学设计教学原则：学生主体，教师主导。
以学生自主活动为主，以探究为原则。
问题教学模式：一、是什么？通过出示大量的传感器应用及实例让学生了解传感器是什么。
二、为什么？通过对传感器元件原理及功能的学习知道传感器为什么会起到转换物理量的作用。
三、怎么用？通过学习让学生知道基本的应用，并加以简单的设计，以提高其知识应用的能力。
由以上教学原则和教学模式出发，本节课设计了四个阶段：第一阶段：采用实例、实验引入新课。
第二阶段：传感器原理认识。
第三阶段：学生讨论电容式位移传感器的作用和原理。
第四阶段：学以致用。
(1)通过实验及生活中的实例获得对传感器的感性认识。
(2)知道干簧管、光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻的特性和工作原理。
(3)知道什么是传感器，它的作用、类别、目的。
教学重点传感器的概念，光敏电阻、热敏电阻的特性，热敏电阻、金属热电阻的特性差异。
教学难点传感器的工作原理。
教学方法探究式教学法：具体实例引导→感知传感器→传感器元件特性探究→引导学生观察→功能总结→尝试应用。
人教版高中选修3-2物理6.1传感器及其工作原理教案(1)
课题：§6.1传感器及其工作原理（一）学习目标：1、通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，感受传感技术在信息时代的作用和意义2、了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件三种敏感元件，通过实验知道它们的性能，了解其工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性3、知道非电学量转换成电学量的技术意义，进一步拓展思维，探讨科技发展给人类带来的利与弊。
重点难点：重点是对传感器的认识与理解，培养学生的设计能力和动手能力；难点是各种信息通过传感器变成电信号的变换原理；分析并设计传感器的应用电路。
学习用具：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。
学习方法：自学预习、学案引导、问题导学、自主学习、合作学习、互动评价。
学习过程：【身边现象观察】感受传感技术在信息时代的作用和意义1、自动门，利用人体的红外微波来开关门2、日光控制路灯的开关3、遥控器控制电视开关4、声音强弱控制走廊照明灯开关等5、烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的6、手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象7、电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的8、水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……9、机器人：传感器在机器人中，是必不可少的元件。
传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。
有的传感器就像人的眼睛，可以感受到光的强弱，有的传感器则像人的皮肤，可以感受到温度的变化，有的传感器还能听到声音。
传感器就是机器人的感觉器官，它能将外界信息转换成电信号，并传送给单片机进行加工处理。
安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。
【演示与观察】1出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒【导思】音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。
2020-2021学年物理人教版选修3-2教学教案：6.1 传感器及其工作原理 【含答案】
《传感器及其工作原理》教学设计一．教学目标：1．知识与技能：（1）了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量。
（2）知道光敏电阻、热敏电阻的工作原理。
2．过程与方法：（1）通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理。
（2）经历科学探究过程，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。
3．情感态度与价值观：（1）体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，拓展学生的知识视野。
（2）通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。
二．重点难点：1．重点：了解传感器及其工作原理。
了解光敏电阻，热敏电阻。
2. 难点：传感器中各物理量之间的转换关系。
三．学情分析：1．学生心理的特点：高中二年级的学生归因兴趣以及概括认识兴趣较强，乐于探索物理世界的奥秘。
2. 学生的知识基础：通过学习传感器的定义以及传感器的简单分类，并掌握了电学电路的基本知识。
3.学生学习认识的困难：因为不容易了解“热敏电阻特性”和“光敏电阻特性”，于是对理解温度传感器工作原理的学习就有一些困难。
四．教学策略设计：1．教学组织形式结合课程标准以及本节课的设计特点，在实验室开展教学，并其中始终以探究设计贯穿始末。
凸显“教师主导，学生主体”的教学组织形式。
2.教学方法（1）实验法让学生在教师的指导下，自己探究，亲身经历科学探究的几个环节，动手与动脑相结合，从而总结归纳出热敏和光敏电阻的特性。
在整个过程渗透物理学研究方法、科学思维方法和协作精神、探索精神等情感态度价值观教育（2）讲授法通过老师形象生动的讲解，配以演示实验、认识热敏电阻的特性到理解传感器的工作原理。
在讲授知识的同时引导学生学会分析、归纳、总结规律。
3．学法指导让学生领会物理学的学习方法，领会怎样进行实验设计，器材选用，实际操作，数据分析及得出实验结论、总结热敏和光敏电阻的特性。
着实让学生体验探究的几个环节。
同时要让学生知道，物理规律必须经过实验的检验，不能任意外推，从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。
高中物理选修3-2-传感器及其工作原理
传感器及其工作原理知识元常见传感器的工作原理知识讲解传感器的工作原理1．概念：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。
2．组成：一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。
敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。
转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。
转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。
3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。
例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号。
4．工作流程：5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换器)组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换。
6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器。
（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。
7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。
例题精讲常见传感器的工作原理例1.传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件。
如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是（）A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向左偏转C．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变大，则电流表指针向左偏D．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变小，则电流表指针向左偏例2.关于传感器，下列说法正确的是（）A．霍尔元件能把光学量转化为电学量B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件例3.利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1传感器及其工作原理
教学目标
（一）知识与技能
1．知道什么是传感器。
2．了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
3．会使用霍尔电压公式d
IB k
U H 。
（二）过程与方法
通过实验，知道常见传感器的工作原理。
（三）情感、态度与价值观
通过已有知识在传感器中的应用激发科学探究的兴趣。
教学重点
认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教学难点
光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教学方法
实验法、观察法、归纳法。
教学手段
磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件、多用电表、热水、冷水、台灯、投影仪等
教学过程
（一）引入新课
引导学生看教材“勇气号”火星探测器的彩色照片；列举生活中的一些自动控制实例，如遥控器控制电视开关、日光控制路灯的开关、声音强弱控制走廊照明灯开关等，激发学生学习兴趣，引出课题。
列举自己知道的自动控制的其他实例。
如当走近自动门时，门会自动打开；电梯关门，当两门靠拢到接触人体时，门又会重新自动打开等等。
（二）进行新课
1、什么是传感器
演示实验：
揭示实验“奥秘”：盒子里用到了一种称为“干簧管”的元件。
介绍干簧管的构造和工作原理，干簧管是一种能够感知磁场的传感器。
引导学生阅读教材2、3段，思考问题：
（1）什么是传感器？
（2）传感器的作用是什么？
提示：（1）传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。
（2）传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理和控制。
出示几种常见的传感器，增加学生的感性认识。
为了制作传感器，常常需要一些元器件，下面看几个实例：
2．光敏电阻
介绍光敏电阻的外形和构造。
如图6.1-4。
现象：光敏电阻在被光照射时电阻发生明显变化。
普通电阻则不会发生变化。
引导学生阅读教材57页的内容，思考问题：
（1）光敏电阻的电阻率与什么有关？
（2）光敏电阻受到光照时会发生什么变化？怎样解释？
（3）光敏电阻能够将什么量转化为什么量？
提示：（1）光敏电阻的电阻率与光照强度有关。
（2）光敏电阻受到光照时电阻会变小。
硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子增多，导电性能变好。
（3）光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。
3．热敏电阻和金属热电阻
引导学生阅读教材58页有关内容，思考问题：
（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系是否相同？
（2）热敏电阻和金属热电阻各有哪些优缺点？
（3）热敏电阻和金属热电阻能够将什么量转化为什么量？
提示：（1）金属导体与半导体材料的导电性能与温度的变化关系不相同。
金属导体的导电性能随温度升高而降低；半导体材料的导电性能随温度升高而变好。
（2）热敏电阻灵敏度高，但化学稳定性较差，测量范围较小；金属热电阻的化学稳定性较好，测量范围较大，但灵敏度交差。
（3）热敏电阻或金属热电阻能够将热学量转化为电阻这个电学量。
现象：热敏电阻随着温度的升高电阻发生明显变化。
温度越高，电阻值越小。
引导学生看教材59页“说一说”栏目中的内容。
给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两板间电势差的变化，即可判断电容的变化。
电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。
4．霍尔元件
引导学生阅读教材关于霍尔元件的内容。
推导霍尔电压的公式。
设载流子的电荷量为q ，沿电流方向定向运动的平均速率为v ，单位体积内自由移动的载流子数为n ，垂直电流方向导体板的横向宽度为a ，则电流的微观表达式为
I =nqad v ①载流子在磁场中受到的洛伦兹力f =q v B 载流子在洛伦兹力作用下侧移，两个侧面出现电势差，载流子受到的电场力为a U q F H =当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即q v B=a
U q H ② 由①②式得nqd
IB U H =③ 式中的nq 与导体的材料有关，对于确定的导体，nq 是常数。
令nq k 1=
，则上式可写为d
IB k U H =④ 一个确定的霍尔元件的d 、k 、为定值，再保持I 不变，则U H 的变化就与B 成正比。
这
样，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
（三）课堂总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
1．制作传感器需要的敏感元件光敏电阻、热敏电阻与金属热电阻、霍尔元件等。
2．光敏电阻的阻值随光的强度增大而减小。
光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。
3．热敏电阻的阻值随温度的升高不一定减小。
有的热敏电阻阻值会随温度的升高而增大。
热敏电阻或金属热电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。
4．霍尔元件的霍尔电压公式为d IB k
U H ，霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。
5．电容式传感器能够把位移这个力学量转化为电容这个电学量。
（四）实例探究
光敏电阻及其应用
[例1]如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R 1为光敏电阻，R 2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是（）
A ．当有光照射R 1时，信号处理系统获得高电压
B ．当有光照射R 1时，信号处理系统获得低电压
C ．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D ．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
[答案]BD
热敏电阻及其应用
[例2]有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A 、B 两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（）
A ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻
B ．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻
C ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D ．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
[答案]AC
霍尔元件及其应用
[例3]霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E 到F 的恒定电流I ，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，其中元件中的载流子为带负电的电荷．则下列说法正确的是( )
A ．该元件能把电学量转化为磁学量
B ．左表面的电动势高于右表面
C ．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态
D ．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
[解析] 霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A 错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F 到E ，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B 错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔
元件的平面保持水平，则无电压产生，C 错误；根据q v B ＝q U d
得，U ＝Bd v ，由电流的微观定义式I ＝nqS v (n 是单位体积内的导电粒子数，q 是单个导电粒子所带的电荷量，S 是导体
的横截面积，v 是导电粒子运动的速度)整理得v ＝I nqS ，联立解得U ＝IBd nqS
，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D 正确．
[答案] D。