高二物理传感器及其工作原理教案.pdf

泰兴市第三高级中学备课纸2006 年月日课题第一节传感器及其工作原理课型新授课总 1 课时，第1 课时教学目标1.知道什么是传感器，理解各类传感器的工作原理2.知道光敏电阻特点及作用3.掌握热敏电阻和金属电阻的特点及区别4.理解霍尔元件的原理及作用会用得各类元件(热敏电阻、光敏电阻、霍尔元件等)设计简单的控制电路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。教法PPT 课件，演示实验，讲授教学活动设计教师活动学生活动备注（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。演示实验：干簧管控制电路的通断:如图，小盒子A 的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B 放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭.（演示实验1：干簧管传感器）（演示实验1：干簧管传感器）（干簧管的实物及原理图）学生对干簧管并不熟悉，因此才有了好奇。声光控开关在生活中很普及，所以又有亲切感 当 冰 箱 内 的温 度 高 于 设 定值时，制冷系统自动启动，而当温 度 低 于 设 定值时，制冷系统又会自动停止。冰箱的控制，是通 过 温 度 传 感器实现的。楼 梯 道 的 电灯，晚上，有人经过楼道时，开关自动接通，灯就亮；白天，不管 是 否 有 人 经过，开关都是断开的，灯总是不亮，这种开关用的就是声光传教师活动学生活动备注教学活动设计一什么是传感器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传感器的作用是什么：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。为了制作传感器，需要一些元器件，下面我们就来看几个实际的例子。二光敏电阻【演示实验】比较光敏电阻在不同光照条件下的电阻之不同空穴和自由电子的形成，是由于光照和温度升高载流子获得能量现象：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。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？学生回答：（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。感器。为 了 防 止 火灾的发生，在宾馆 房 间 的 天 花板 上 大 多 有 一个小盒子，当房间 失 火 时 它 能感 知 出 现 的 烟雾，通过电路发出警报，这个小盒 子 就 是 烟 雾传感器。教后补记教师活动学生活动备注教学活动设计三热敏电阻和金属热电阻1.金属导线；2.热敏电阻。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？学生回答：（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，但灵敏度较差。（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。如图，当被测物体左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，用什么方法可以检测电容的变化？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。其 它 电 容 传感器：电容式压力传感器、电 容 式 位 移传感器、电容式 角 度 测 试仪、电容式电解 液 液 面 升降测试器教后补记教师活动学生活动备注教学活动设计四霍尔元件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HIBUkd。式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关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nqadvI载流子在磁场中受到的洛伦兹力qvBf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aUqFH当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，即教后补记教师活动学生活动备注HUEFMNIB教学活动设计qvBaUqH由式得nqdIBUH式中的 nq 与导体的材料有关，对于确定的导体，nq 是常数。令nqk1，则上式可写为dIBkUH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。教后补记