传感器及其工作原理

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1、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)

2、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

3、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

4、?(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

5、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

6、。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

7、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学量转化为电容这个电学量。(四)实例探究光敏电阻及其应用

8、【例1】如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是()A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时,信号处理系统

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