新人教版高中物理选修3-2精品教案：6．1 传感器及其工作原理.doc

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。 （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、难点 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。 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55页“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？ （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？ （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？ （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 ① 载流子在磁场中受到的洛伦兹力 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 当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即 ② 由①②式得 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，则上式可写为 ④ 一个确定的霍尔元件的d、k、为定值，再保持I不变，则UH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，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