高中物理 选修3-2 教案 鲁科版

图3 DISLab系统构成

演示实验3：通过朗威DISLab数据采集器、位移传感器来观察简谐振动图象。

图4 弹簧振子实验装置图

图5 弹簧振子振动图线

第二节 常见传感器的工作原理

三维教学目标 1、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UH?kIB。 d2、过程与方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理。

3、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：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。 教学难点：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

引导学生看教材中“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：

（1）什么是传感器？ （2）传感器的作用是什么？

答：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。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。 阅读教材中的内容，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？ 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。

3、热敏电阻和金属热电阻

阅读教材有关内容，思考问题3：

（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？ 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。 看教材54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

I?nqadv …… ① 载流子在磁场中受到的洛伦兹力f?qvB

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F?qUHa 当达到稳定状

态时，洛伦兹力与电场力平衡，即qvB?qUHa……②

由①②式得UH?IBnqd……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

k?1nq，则上式可写为