1、传感器的应用教学目标1. 知识与技能(1)了解传感器应用的一般模式(2)了解力传感器在电子秤上的应用(3)了解温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用(4)了解传感器在火灾报警中的应用2. 过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用3. 情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度教学重点难点各种传感器的应用原理及结构。教学方法与手段教学方法：实验法、观察法、讨论法。教学手段：演示用的感温铁氧体、磁铁、电烙铁、计算机的鼠标器、光敏电阻、多用表、干电池、蜡烛、各种功率的白炽灯等。电饭锅用的铁氧体、收音机的磁棒
2、、酒精灯、鼠标器、火灾报警器。多媒体课件、实物投影仪、视频片段。导入新课事件1教学任务：导入新课。直接导入教师引导：上节课我们学习了力传感器、温度传感器、声音传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的力、温度、声音传感器。交流总结：电子秤、动圈式话筒、电容式话筒、驻极体话筒、电熨斗，它们都是传感器。教师引导：这节课我们继续来学习一些传感器的应用。情景导入师生活动：传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域。例如，空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要使用温度传感器。光传感器的应用也十分广泛，如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火
3、灾报警器等。这节课我们就来学习温度传感器和光传感器的应用实例。推进新课事件2教学任务：电饭锅中的温度传感器温度传感器的应用电饭锅电饭锅与电熨斗一样都是利用热敏元件实现电路的开关功能。电熨斗的热敏元件是双金属片，其转换机理为：温度变化金属片弯曲变形电路通断。电饭锅的热敏元件是感温铁氧体，其转换机理为：温度达到居里点材料的铁磁性变化电路通断。电饭锅的温控方式与电熨斗不同，它不用敏感元件直接控制电路的通断，而是间接推动杠杆来实现(教科书P59图6.31)。开始煮饭时，向下压按钮，杠杆使永磁体接触而相互吸住，同时弹簧被压缩，压杆抬起，下面的簧片向上弹起，两个触点接通，使电饭锅内电热丝通电。水沸腾后，大
4、致保持100 。饭煮熟后，锅底温度上升到103 时，感温铁氧体失去铁磁性不能与永磁体相吸，永磁体就在重力和弹簧弹力的共同作用下落下，杠杆左端下降，将簧片压下使触点分离，电热丝断电停止加热。教学中要注意引导学生的发散思维，使他们认识到其他具有热敏性质的元件都可以作为控制部件。教学片段感受居里温度材料准备：收音机的天线磁棒，酒精灯，铁架台等。知识准备：在此可适当补充有关磁性材料的一些知识，并通过演示实验让学生认识居里点，如高温或者撞击可能会扰乱磁体中分子电流的取向，磁体因而失去磁性，这就是去磁现象等。演示：酒精灯加热磁棒到一定的温度，磁棒上吸附的铁环掉落提出问题：你能否利用这一磁现象设计一个温控开
5、关呢？教学中，要注意引导学生观察、分析电饭锅的结构示意图，理解其结构设计的巧妙，通过分析与欣赏，激发学生的创造欲望。视频材料：电饭锅rm电饭锅温控器mpg师生活动：温度传感器电饭锅电饭锅的主要部件感温铁氧体，它的特点是：常温下具有铁磁性能够被磁铁吸引，但是温度上升到约为103 时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。103 为该材料的居里温度或居里点。布置阅读教材回答问题：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，经过一段时间后会发生什么现象？学情预设：学生回答不一定完全正确，但应接近合理的解释：随着温度的升高，铁氧体逐渐失去磁性，当温度升高到103
6、以上时，铁氧体完全失去磁性，不吸引任何物体了。思考与讨论：(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到初始的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？上述问题的参考解释：(1)开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，按钮不再恢复到初始状态。(2)水沸腾后，锅内大致保持100 不变。(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103 ”时，感温铁氧体失去铁磁性，在弹簧作用
7、下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热。(4)如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100 不变，温度低于“居里点103 ”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103 才能自动断电。事件3教学任务：温度传感器的应用测温仪要让学生知道，测温元件有多种多样，可以满足不同的需要。例如，铂热电阻的电阻值与温度有很好的线性关系，稳定性又好，教科书图P606.32左方的测温仪探头内使用的就是铂热电阻。热电偶工作时不需要电源，且价格较低，教科书图P606.32下方数字多用表上配用的就是热电偶。常见的热敏元件有：热电阻(铂丝)、热敏电阻(温度变化材料的电阻率变化)；热电偶(两种不同的金属构
8、成回路温度变化热电动势变化)；硅PN结(在恒定电流条件下，温度升高硅PN结正向电压减小)；红外敏感元件(红外线能量温度变化非电学量变化电学量变化)等。教学片段观察热电偶的温差电现象让学生观察和认识热电偶的温差电现象。提出问题：热电偶是怎样把温度信号转变为电信号的呢？观察：按照下图将铜丝和铁丝的一端相互压合(或绞合)，两根线的另一端分别接在灵敏电流计的两个接线柱上。用燃烧的火柴加热压合端，可以看到灵敏电流计的指针偏转。热电偶将温度信号转变为电信号。视频材料：测温仪mpg师生活动：应用温度传感器可以把温度转换成电信号，由指针式仪表或数字式仪表显示出来，由于电信号可以由测温地点传输到其他地点，所以应
9、用温度传感器可以远距离读取温度的数值，这是把非电学量转变成电学量的一大优点。几种常见的测温仪，测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶等，还有红外线敏感元件。阅读上述教材，思考并回答问题。(1)温度传感器测温仪有何优点？(2)常见的测温元件有哪些？(3)测温仪是如何工作的？(4)什么是热电偶？答案：(1)可以远距离读取温度的数值。因为温度信号变成电信号后可以远距离传输。(2)热敏电阻、金属热电阻、热电偶及红外线敏感元件等。(3)非电学量通过测温元件转化成电学量(4)所谓的热电偶就是将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个焊接点1和2之间存在温差时，两者
10、之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。事件4教学任务：温度自动控制实验过程：温度自动控制实验器材：热敏电阻、学生用电源、小灯泡、继电器、电吹风、冷水、导线。实验操作：如下图所示，连好电路。合上开关S，由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱，吸不住衔铁，小灯泡不亮。用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，小灯泡变亮。停止加热，由于热敏电阻温度仍然较高，小灯泡不会立刻熄灭；把热敏电阻放入冷水中使其加速降温，小灯泡熄灭。如果有数字化系统，可以将利用热敏电阻制作的温度传感器与数据采集器、计算机
11、连接，测量和记录某个物体(如1杯水)的温度变化，描绘出温度变化曲线。与第1节利用实验得到的热敏元件的Rt温图象进行对比，让学生感受现代化实验手段的应用和优点。师生活动：让学生先认识实验电路，分析实验原理，讨论实验现象。事件5教学任务：光传感器的应用鼠标器机械式鼠标器的结构、工作原理课前准备：发动学生收集废旧鼠标器，或者老师收集学校使用过的废旧机械式鼠标器，学生4人1组，备齐机械式鼠标器1个/组。设置问题：设问1机械式鼠标有哪些主要部件？设问2两组滚轴和码盘的相互之间放置的位置关系是怎样的？设问3红外发射管和红外接收管在哪里？它们怎样记录滚轮移动信号？设问4机械式鼠标怎样控制光标在计算机光屏上向
12、x、y方向运动？设问5机械式鼠标怎样控制光标在计算机光屏上向各个任意方向运动？学生活动：带着设问自己动手打开机械式鼠标底盖进行观察和研究，通过思考与讨论，尝试回答上述问题。小结：交流、汇报研究成果。师生活动：(1)机械式鼠标器的内部结构：它由一个滚球、两个滚轴、两个_(它的边缘开有许多等间距的小齿)、两个_(LED)，还有两个_(两个光传感器)等组成的。(2)机械式鼠标器的工作原理：当鼠标器在桌面上移动时，滚球的运动通过_带动两个_转动，红外线接收管就收到_，输出相应的_。计算机分别统计x，y两个方向的脉冲信号，处理后就使屏幕上的光标产生相应的_。(3)鼠标器中光传感器的主要部件是什么？(4)
13、鼠标器的工作原理是什么？答案：(1)码盘红外发射管红外接收管(2)滚轴码盘断续的红外线脉冲电脉冲信号位移(3)线外发射管红外接收管(4)见第二问表述事件6教学任务：光传感器的应用火灾报警器师生活动：(1)烟雾散射火灾报警器的构造：带孔的罩子内装有_、_和不透明的挡板。(2)烟雾散射式火灾报警器的工作原理：平时，_接收不到LED发出的光，呈现_状态。烟雾进入罩内后对光有_作用，使部分光线照射到_，其电阻变_，与传感器连接的电路检测发出这种变化，就会发出警报。甲 天花板上的火灾报警器乙 结构和原理(3)以利用烟雾对光的散射来工作的火灾报警器为例，简述其工作原理。播放视频材料：光控门rm光控开关电路
14、mpg红外线的应用rm答案：(1)(发光二极管光电三极管)(2)(光电三极管高电阻散射光电三极管小)(3)见第二问表述事件7教学任务：测量光照的强度。师生活动：实验：把光敏电阻、多用表的直流电流挡和干电池按照下图甲连成电路，对光照的强度进行比较性测量。光敏电阻受到的光照越强，电路中的电流越大。白天，将它放在教室中适合阅读的地方，记下电流表的读数，晚上，用它来测灯光对书桌的照明，比较两者的差别。还可以按照下图乙，把光敏电阻R的引脚穿过硬泡沫塑料板Z固定，再罩上内壁涂黑、长度足够的遮光筒T，避免杂散光的干扰，然后分别把不同的光源L(如蜡烛、几种不同功率的白炽灯泡、日光灯管等)都放在与光敏电阻相同距
15、离(例如1 m)的位置，比较它们的亮度。这个实验也可以用硅光电池来做。由于光电池在受到光照时可以自己产生电动势，所以电路中不用电源。想一想，怎样用如图所示的装置来制作一个摄影用的曝光表？用光敏电阻比较光照的强弱事件8教学任务：制作传感器的简单分组实验箱。师生活动：制作传感器的简单分组实验箱材料准备：如下图所示。其中有光敏电阻、二极管、定值电阻、热敏电阻。制作方法：在33 cm21 cm5 cm木盒的面板上，标识A、B、C、D、E处各钻一个洞(间距5 cm)，分别装上接线柱。再在DE间钻一个洞，面积刚好与光敏电阻光照面面积相等。分别在木箱内DE、AC、BC相应位置装上光敏电阻(亮阻5 k，光照面
16、刚好与板面平齐)、定值电阻(3 k)和二极管。在AD处接热敏电阻，同时热敏电阻(标300 )的两引脚各焊出一根长约30 cm的软线(两引脚分别套上绝缘胶管)，在线端各焊上一个接线夹备用。实验操作：把多用电表的选择开关置于欧姆挡，两表针分别插入A、D接线柱上，测量A、D间的热敏电阻在常温下的电阻值，再把热敏电阻放在不同温度的热水中，测量不同温度情况下的电阻值。把多用电表两表针分别插在D、E接线柱上，测量光敏电阻不同光照时的阻值。该实验箱可以开展传感器的简单应用的实验教学。设计意图：该实验箱可以开展传感器的简单应用的实验教学和实验操作。事件9教学任务：典型例题体会传感器的应用。1温度传感器的应用1
17、电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 )时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到80 时，自动断开，低于70 时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起_作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ，所以S2是_(填“断开”或“闭合”)的。接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到80 时，S2断开，当温度达到103 时饭熟，S1断开，当温度降到70 以下时，S2闭合
18、，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2_R3(填“”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象。(限流闭合当烧水时，开始S1、S2均闭合，达80 时S2自动断开，水沸腾温度为100 ，S1仍闭合直至烧干后温度上升才断开) 2光传感器的应用如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图。A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量
19、的物理量和数据是_，小车速度的表达式为v_；行程的表达式为s_。解析：这是一道以实际问题为背景的实验题，显然无法通过迁移课本实验中的方法来解决。但是题目给出了装置图，该图及题文中的相关说明给我们一定提示，光束原来是连续的，是转动的齿轮使光束变为脉冲，因此脉冲情况必定与齿轮(或车轮)的转动有关，也就与速度和行程有关。根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有v2Rf，其中R为车轮的半径，f为单位时间内车轮转过的圈数；若车轮的齿数为P，则转一圈应有P个脉冲被B接收到，因此有f，代入上式，有v。同样，根据行程的意义，应有s2Rf，其中f为整个行程中车轮转过的圈数；而f，所以s。可见，还必须测量的物理量和
20、数据是车轮的半径R和齿轮齿数P，速度和行程的表达式如上面两式所示。答案：车轮的半径R和齿轮齿数P课堂巩固与反馈事件10教学任务：形成性测试：学生独立完成，时间：3分钟。1将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断()A B D不能确定和的关系2下列器件是应用光传感器的是()A鼠标器 B火灾报警器C测温仪 D电子秤3金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，图中可能表示金属铂电阻的UI图线是()4关于电饭锅的说法正确的是()A电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C用电饭锅烧水，水开时能自动断电D用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位5按下图连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是_；用电吹风对热敏电阻吹一会，会发现小灯泡_，原因是_；停止吹风，会发现_；把热敏电阻放入冷水中会发现_。参考答案：1.B2.AB3.B4.BD5由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁逐渐变亮吹风机对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁小灯泡不会立即熄灭，热敏电阻温度仍然较高小灯泡熄灭课堂小结事件11教学任务：引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。
