高中物理《傳感器的應(yīng)用（一）》教案 （人教版選修3-2）
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111 選修3-2第六章第2節(jié)傳感器的應(yīng)用 （一） 一．教材分析：《6.2 傳感器的應(yīng)用 （一）》是新人教版高中物理選修3-2第六章第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，主要學(xué)習(xí)一些簡單傳感器的應(yīng)用，以拓寬學(xué)生視野為主，原理粗講課程內(nèi)容比較簡單，不宜講細(xì)。 二．教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能 1．了解力傳感器在電子秤上的應(yīng)用。 2．了解聲傳感器在話筒上的應(yīng)用。 3．了解溫度傳感器在電熨斗上的應(yīng)用。 （二）過程與方法 通過實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 在了解傳感器原理及應(yīng)用時(shí)，知道已學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。 三．教學(xué)重點(diǎn) 各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 教學(xué)難點(diǎn) 各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。 四．學(xué)情分析：上節(jié)課學(xué)生學(xué)習(xí)了傳感器及其工作原理，已知道傳感器是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類元件。對傳感器已有了一定認(rèn)識，本節(jié)需繼續(xù)深入學(xué)習(xí)具體傳感器。 五．教學(xué)方法 111 111 實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。 六．教學(xué)工具 駐極體話筒的工作電路示教板，示波器，學(xué)生電源，電熨斗，日光燈起動器（若干） 七．課時(shí)安排 2課時(shí) 八．教學(xué)過程 （一）引入新課 師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了傳感器及其工作原理。傳感器是能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)化成電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)化為電路通斷的一類元件。請大家回憶一下光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件各是把什么物理量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的元件？ 生：光敏電阻將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個(gè)電學(xué)量?；魻栐汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。 師：這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用。 ［板書課題］傳感器的應(yīng)用（一） （二）進(jìn)行新課 1、傳感器應(yīng)用的一般模式 師：閱讀教材開頭幾段，然后合上書，在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。 生：閱讀教材并在練習(xí)本上畫出傳感器應(yīng)用的一般模式示意圖。 師：下面學(xué)習(xí)幾個(gè)傳感器應(yīng)用的實(shí)例。 2．力傳感器的應(yīng)用——電子秤 師：閱讀教材61頁最后一段，思考并回答問題。 （1）電子秤使用的測力裝置是什么？它是由什么元件組成的？ （2）簡述力傳感器的工作原理。 （3）應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？ 生：閱讀教材，思考并回答問題。 師：總結(jié)點(diǎn)評，結(jié)合板畫強(qiáng)調(diào)講解應(yīng)變片測力原理（如圖所示）。 應(yīng)變片能夠把物體形變這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量。 3．聲傳感器的應(yīng)用——話筒 師：閱讀教材62頁有關(guān)內(nèi)容，思考并回答問題。 （1）話筒的作用是什么？ （2）說明動圈式話筒的工作原理和工作過程。 （3）說明電容式話筒的工作原理和工作過程。這種話筒的優(yōu)點(diǎn)是什么？ （4）駐極體話筒的工作原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？ 生：閱讀教材，思考并回答問題。 生1：話筒的作用是把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。 生2：動圈式話筒的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。膜片接收到聲波后引起振動，連接在膜片上的線圈隨著一起振動，線圈在永磁體的磁場里振動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流（電信號），感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化都由聲波決定，這個(gè)信號電流經(jīng)擴(kuò)音器放大后傳給揚(yáng)聲器，從揚(yáng)聲器中就發(fā)出放大的聲音。 生3：電容式話筒的工作原理：利用電容器充放電形成的充放電電流。薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電．當(dāng)聲波使膜片振動時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，于是電阻R兩端就輸出了與聲音變化規(guī)律相同的電壓． 優(yōu)點(diǎn)：保真度好。 生4：駐極體話筒的原理同電容式話筒，只是其內(nèi)部感受聲波的是駐極體塑料薄膜．優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜，靈敏度高，工作電壓低。 師：指出：駐極體話筒利用了電介質(zhì)的極化現(xiàn)象：將電介質(zhì)放入電場中，在前后兩個(gè)表面上會分別出現(xiàn)正電荷與負(fù)電荷的現(xiàn)象．某些電介質(zhì)在電場中被極化后，去掉外加電場，仍然會長期保持被極化的狀態(tài)，這種材料稱為駐極體． 師：演示實(shí)驗(yàn)： 生：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 現(xiàn)象：不同的聲波信號，熒光屏上顯示的波形不同。說明話筒產(chǎn)生的電信號是由接收到的聲波控制的。 3．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗 師：溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，它能把溫度的高低轉(zhuǎn)變成電信號，通常是利用物體的某一物理性質(zhì)隨溫度的變化而改變的特性制成的．電熨斗就是靠溫度傳感器來控制溫度的。 實(shí)驗(yàn)： 生：做實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 師：電熨斗就裝有雙金屬片溫度傳感器。這種傳感器的作用是控制電路的通斷。 投影：電熨斗結(jié)構(gòu)圖（如圖所示） 思考與討論： （1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？ 參考答案：（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用． （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的． 拓展：溫度傳感器的另一應(yīng)用——電冰箱的溫控裝置 如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅質(zhì)的測溫泡1，細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷盒它的蒸汽，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器，膜盒3為扁圓形，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會膨脹，測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點(diǎn)盒靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片4盒連桿9上。連桿9的下端是裝在機(jī)箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力。 自動控溫原理：如圖所示是某種電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)，銅制的測溫泡1、細(xì)管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)，里面充有氯甲烷和它的蒸汽，構(gòu)成了一個(gè)溫度傳感器，膜盒為扁圓形，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接，盒中氣體的壓強(qiáng)增大時(shí)，盒體就會膨脹，測溫泡1安裝在冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)，控制制冷壓縮機(jī)的工作，拉簧7的兩端分別連接到彈簧片和連桿9上，連桿9的下端裝在機(jī)箱上的軸，凸輪8是由設(shè)定溫度的旋鈕控制的，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)凸輪連桿上端右移，從而加大對彈簧7的拉力。當(dāng)冷藏室里的溫度升高時(shí)，1、2、3中的氯甲烷受熱膨脹，彈性金屬膜盒3的左端膨脹，推動彈簧片4向左轉(zhuǎn)動，使5、6接觸，控制的壓縮機(jī)電路開始工作制冷，當(dāng)溫度下降到一定程度，氯甲烷受冷收縮，5、6又分開，制冷結(jié)束，直到下次溫度升高再重復(fù)上述過程。 溫度設(shè)定原理：將凸輪8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪將連桿9向右頂，使得彈簧7彈力增大，此時(shí)要將5、6觸點(diǎn)接通，所需要的力就要大些，溫度要高一些，即溫控?fù)鯌?yīng)低一些（例如1級），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)凸輪8，控制的溫度低一些，控溫?fù)跻咭恍? （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： 力傳感器的應(yīng)用——電子秤 傳感器的應(yīng)用 聲傳感器的應(yīng)用——話筒 溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗 力傳感器是把力信號轉(zhuǎn)換成電信號；聲傳感器是把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，而溫度傳感器往往是用來進(jìn)行自動控制． （四）實(shí)例探究 ☆力傳感器的應(yīng)用 【例1】用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時(shí)，傳感器a、b在的示數(shù)均為 10 N（取g=10 m／s2）． （1）若傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車的加速度大小和方向． （2）當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零． 分析：傳感器上所顯示出的力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。? 解：（1）如圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力 F1=14N，右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力 F2=6.0 N． 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有 得4 m/s2 a1與F1同方向，即向前（向右）． （2）a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镹?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得，a2=10m/s2，方向向左． ☆溫度傳感器的應(yīng)用 【例2】 在家用電熱滅蚊器中，電熱部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率隨溫度t的變化關(guān)系如圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、保溫雙重功能．對此，以下判斷正確的是（ ） ①通電后，其電功率先增大，后減小 ②通電后，其電功率先減小，后增大 ③當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1不變 ④當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1和t2之間的某一值不變 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 分析：當(dāng)電熱滅蚊器溫度由0升到t1的過程中，電阻器的電阻率隨溫度升高而減小，其電阻R隨之減小，由于加在滅蚊器上的電壓U保持不變，滅蚊器的熱功率P隨之增大，當(dāng)t=t1時(shí)，P=P1達(dá)到最大．當(dāng)溫度由t1升高到t2的過程中增大，R增大，P減??；而溫度越高，其與外界環(huán)境溫度的差別也就越大，高于環(huán)境溫度的電熱滅蚊器的散熱功率P′也就越大；因此在這之間的某一溫度t3會有P=P3= P′，即電熱功率P減小到等于散熱功率時(shí)，即達(dá)到保溫；當(dāng)t下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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