高中物理人教版2第六章传感器1传感器及其工作原理 省赛获奖

《传感器及其工作原理》教案【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】在力传感器和霍尔元件普遍得到应用的今天，新课程顺应时代发展，要求学生了解传感器的原理及应用。但高考考纲上对本章的要求很低。本节课的设计思路是通过对实验的观察、思考和讨论，深入了解力传感器和霍尔元件的工作原理和在生产、生活、科研中有哪些具体应用。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）了解应变式力传感器的特性及其工作原理。（2）了解不平衡电桥在测量中的应用。（3）掌握霍尔元件的特性及其工作原理。2.过程方法：通过实验、观察、讲解、思考、交流讨论多种方式突破难点获取更多的知识。3.情感态度与价值观：通过橡皮条弯曲实验激发学习的求知欲和实事求是的科学精神，通过观察传感器的实物培养学生的理论和实际相结合的能力。通过交流讨论培养学生合作意识【设计思路】1．关于课题的引入，利用“体重计”和“血压计”及“测速仪”生活实例，让学生进一步感受到“自动控制”应用无处不在，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。关于压力传感器教学：教材中只是笼统的介绍，我想深入让学生了解应变片的结构和金属架形变内外侧的长度的变化。介绍不平衡电桥如何将电阻变化的信息转化为电压的信号!书本57页图6﹒2-4测量货车重量的具体工作原理让学生思考并讨论。培养学生深入思考问题的能力。最后介绍拉力传感器的应用！关于磁敏传感器特性及原理的教学：通过设计干簧管演示实验，从定性角度让学生获得将磁信号转变为电信号的过程！通过设计霍尔元件计数器演示实验，从定量的角度让学生获得将磁信号转变为电信号的严谨的物理过程！特别是霍尔元件的应用，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，课本后问题与练习的第4题就有了具体的落实，更重要的是培养了学生的科学探究能力。最后让学生展开智慧的翅膀，霍尔元件还可以应用在那些领域！拓展学生思维面！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】教材：人民教育出版社《物理》3-2实验器材：电子秤、力传感器、象皮条、干簧管、磁铁、电源、灯泡等。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.展示"电子秤"和"血压计"照片.2.设问:这两个生活现象利用的传感器的特点?3.设问:你能列举出生活中与此相类似的现象吗?4.设疑:想知道如何将力信号转化成电信号的原理吗?让我们来共同学习力传感器的知识.【引入课题】传感器及其工作原理1.观看图片,从中找出它们的共同点.获得感性认识！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】一．力传感器压力传感器（1）教师展示电子秤和血压计等实物或图片：（2）工作原理(3)电子秤测量汽车重量的示意图拉力传感器除重力以外，应变式力传感器也用来测量各种给力，如汽车和卷扬机的牵引力等。《物理必修1》课本中“用传感器探究作用力和反作用力的关系”的实验使用的就是这种传感器。力传感器总结:力传感器电压应力电压应力二．磁传感器实验：干簧管设问：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。干簧继电器继电器是一种使用在较低的电压或较小电流的电路上，用来接通或切断较高电压、较大电流的电路的电气元件，也许可以这样说：用来控制较高电压或较大功率的电路的电动开关：给继电器工作线圈一个控制电流，继电器就吸合，对应的触点就接通或断开。在供电电路中，继电器也被称为接触器。干簧管总结:干簧管电路通断磁场电路通断磁场霍尔元件1879年美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差。人们把这样的现象称为霍尔效应，所产生的电势差叫霍尔电压。人们利用霍尔效应做成了霍尔元件。如图，霍尔元件是在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上，制作4个电极E、F、M、N而成。若在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的匀强磁场B，薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下发生偏转，使M、N间出现电压UH。这个电压叫霍尔电压，其决定式为。式中为薄片的厚度，为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。由上式看，一个霍尔元件的厚度d、k为定值若保持I恒定，则UH的变化就与B成正比。也就是说：霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。因此，我们可以把霍尔元件放置在某一未知的磁场中，通过测定霍尔电压U的变化得知该磁场磁感应强度的变化。霍尔元件还可以有哪些方面的应用？物理选修3-2P62第4题：（探究交流）传感器电学物理量或电路的通断非电学物理量传感器电学物理量或电路的通断非电学物理量学生观察教师出示的压力传感器实物或图片，认识其外形和结构。我们生活中常用的电子称用到了压力传感器。刚重物放置在托盘上时应变式压力传感器便能感知到重量。2．让学生拆开盒子，找出特殊元件——应变式力传感器。并展示示意图！3．向学生展示应变片的结构和特点！4.通过实际操作让学生观察弯曲形变的特点，并得出内测和外侧弯曲不同的结果！5．展示应变式压力传感器的结构如图所示，主要由双孔平衡梁和粘贴在梁上的电阻应变片R1—R4组成，电阻应变片一般由敏感栅、基底、粘合剂、引线、盖片等组成.（结合分发给学生的实物）6．学生了解如何将力学量转化成电学量7．引导学生阅读课本，并回答压力传感器是怎样测量卡车的重量。8.进一步了解力传感器的应用9．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。10．介绍干簧继电器的原理及特点11.通过实物放大投影让学生认识霍尔元件！12．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。会推导霍尔元件的工作原理。13．通过课后问题与练习让同学们分析并简单设计：霍尔电流测试器、磁强计。。12．通过2023年高考试题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。让学生了解传感器广泛应用！【新课小结】本节课主要介绍了力传感器、应变片、干簧管、霍尔器件的原理及其特性，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