最新人教版高中物理选修32第六章《传感器的应用》示范教案2.docx
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最新人教版高中物理选修32第六章《传感器的应用》示范教案2
2 传感器的应用
(一)
教学分析
本课时是传感器应用的初步知识,在教学活动中有一定的现实性和应用性。
传感器虽然在生活、生产、科技中越来越广泛地应用着,但内容对学生来说却是全新的,因此,丰富学生的感性经验,从实际出发,采用实验法教学显得十分重要。
本节重点是探究并理解三种传感器的工作原理,认识传感器的简单应用,会分析和设计简单的传感器电路。
作为本章承上启下的教学,重点安排在原理的分析和应用上,充分调动学生参与,培养思维,发展能力。
教学目标
1.了解传感器应用的一般模式。
2.探究并理解电子秤、话筒、电熨斗的工作原理,认识力、声、温度传感器的一般应用。
3.会分析和设计简单的传感器应用的控制电路。
4.初步了解传感器在生活、生产、科技中的应用,激发学习兴趣,培养理论联系实际的能力,树立学以致用的思想,提高创新意识。
教学重点难点
重点:
1.探究并理解电子秤、话筒、电熨斗的工作原理。
2.会分析和设计简单的传感器应用的控制电路。
难点:
应变片的测力原理,三种话筒的工作原理,电熨斗的双金属片作用。
设计塑料片海绵模拟应变片实验,可以形象地认识应变片的测力原理,采取动画演示、小老师、演示实验等多种形式,帮助学生理解不同话筒的工作原理,利用启动器的双金属片实验,启发学生认识温度传感器的作用。
教学方法与手段
实验法:
以演示实验和分组实验为先导,创设情景,激发兴趣,突破难点,帮助学生理解各种传感器的工作原理,引领学生认识、概括各种传感器的作用。
讨论法:
小组合作学习为主,调动学生展开对三种传感器的讨论。
教学媒体
话筒、扩音器、扬声器、拉力传感器、声控电灯、驻极体话筒的工作电路示教板、示波器、学生电源、电熨斗、日光灯启动器(若干)、多媒体课件。
知识准备
复习传感器的作用,电磁感应和电容的知识。
导入新课
[事件1]
教学任务:
创设情景,激发兴趣,导入新课。
师生活动:
创设情景:
①让学生代表利用话筒、扩音器和扬声器进行一分钟科技新闻播报。
②演示实验:
用力传感器通过计算机显示作用力和反作用力。
③演示实验:
用声控开关控制电灯的通断。
问题引导:
话筒、力传感器、声传感器获得的信号一般很微弱,难以听到、看到或触发控制电路,上述三种情景中,传感器应用的一般模式是怎样的?
推进新课
[事件2]
教学任务:
传感器应用的一般模式。
师生活动:
教师展示:
PPT课件展示上述前两种情景中传感器的工作流程图。
声音→话筒(传感器)→扩音器(放大电路)→扬声器
用传感器显示作
用力和反作用力
两个钩子受力的情况可
以由计算机屏幕显示,
横坐标是时间,纵坐标是力
拉力→传感器→计算机显示
用声控开关控制电灯的通断,再列举生活中一些自动控制实例,如:
遥控器控制电视开关;日光控制路灯的开关;走近自动门,自动门会自动打开;电梯两门靠拢到接触人体时,会重新自动打开等。
思考并讨论:
通过分析,传感器应用的一般模式是什么?
归纳与总结:
概括起来说,传感器应用的一般模式示意图如下:
下面探究几个传感器应用的实例。
[事件3]
教学任务:
理论探究力传感器的应用——电子秤。
师生活动:
自主学习,阅读教材,交流:
电子秤使用的测力装置是什么?
常用的力传感器是由什么元件组成的?
结论:
电子秤使用的测力装置是力传感器。
常用的力传感器是由应变片和金属梁组成的。
思维拓展:
应变片是一种敏感元件,多用半导体材料制成。
问题引导:
应变片是如何测力的呢?
自制演示实验:
在一张塑料卡片的正反面各贴一块海绵模拟应变片形变。
观察与描述:
在塑料卡片的正反表面各贴一块海绵,在卡片的一端施力F,则卡片发生弯曲,上表面那块海绵被拉伸,下表面那块海绵被压缩。
讨论与交流:
学生分组讨论,小组中心发言人汇报。
对学生的汇报给予适当点评,进行激励性评价。
应变片测力原理
总结与归纳:
应变片测力原理:
如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小。
F越大,弯曲形变越大,应变片的阻值变化就越大。
如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么,上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出。
所以,外力F越大,输出的电压差值也就越大。
问题提升:
应变片能够把什么量转化成什么电学量?
结论:
应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。
思维拓展:
电子秤里有应变片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件。
电阻应变片受到力的作用时,它的电阻会发生变化,把应变片放在合适的电路中,它能够把物体作用力F这个力学量转换为电压U这个电学量,因而电子秤是力传感器的应用。
联系实际:
力传感器可以测重力等各种力。
如车辆牵引力、货车称重(如图)等。
力传感器的应用
用传感器显示作
用力和反作用力
两个钩子受力的情况可
以由计算机屏幕显示,
横坐标是时间,纵坐标是力。
[事件4]
教学任务:
声传感器的应用——话筒的构造和工作原理。
师生活动:
学情预设:
无论探讨话筒的细微结构,还是讲解电磁工作原理都费时费力,利用动画可以将动圈式话筒的结构非常清晰地突出出来,原理变得浅显易懂,形象直观,生动有趣,高效完成教学任务。
动画演示:
1.话筒的作用。
2.动圈式话筒的构造和工作原理。
动圈式话筒的构造
原理图
结论:
话筒的作用是把声音信号转化为电信号。
动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。
当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动,线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化都由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。
电容式话筒原理图
阅读并讨论:
电容式话筒的构造、工作原理和它的优点。
学生当老师:
介绍电容式话筒的构造:
Q是绝缘支架,薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电。
当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压。
对学生讲解给予激励性评价。
总结与归纳:
这种话筒的工作原理是利用电容器充放电形成的电流信号进行输出。
优点是保真度好。
问题引导:
驻极体话筒的工作原理是什么?
有何优点?
演示实验:
演示
用示波器观察话筒的工作
按照图连接驻极体话筒的工作电路。
话筒的输出端经过隔直流电容器接到示波器。
轻敲音叉,使其靠近话筒,观察荧光屏上的波形,再对着话筒说话,比较其与音叉波形的区别。
通过以上实验,体会话筒把声信号转变为电信号的过程。
话筒的作用也可以通过电压传感器用计算机演示。
观察与描述:
接收不同的声波信号,荧光屏上显示的波形不同。
说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。
结论:
驻极体话筒的原理类似于电容式话筒,只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜。
优点:
体积小,重量轻,价格便宜,灵敏度高,工作电压低。
知识拓展:
驻极体话筒利用了电介质的极化现象:
将电介质放入电场中,在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象。
某些电介质在电场中被极化后,去掉外加电场,仍然会长期保持被极化的状态,这种材料称为驻极体。
[事件5]
教学任务:
实验探究温度传感器的应用——电熨斗。
师生活动:
情景演示:
用家庭电熨斗现场熨平衣物。
传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域。
例如,空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器,几乎都要使用温度传感器。
温度传感器是应用最广泛的传感器之一,它能把温度的高低转变成电信号的强弱,通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的。
电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。
问题引导:
温度传感器是怎样控制温度的呢?
先做一个启动器的小实验。
分组实验:
两人一组,互助合作。
学情分析:
日光灯启动器学生不陌生,在《电磁感应》一章中认识过它的特点和作用,此处仅做实验回顾,不用详细说明。
实验:
取一个报废的日光灯启辉器(如图),去掉外壳,敲碎氖泡的玻璃,可以看到一个U形的双金属片,双金属片的旁边有一根直立的金属丝,两者构成一对触点,常温下触点是分离的,用火焰靠近金属片,可以看到双金属片的形状变化,与金属丝接触;熄灭火焰,双金属片逐渐恢复原状,两个触点分离。
把这个启动器用作温控开关,可以自动控制小灯泡的亮暗。
日光灯启动器
中的双金属片
观察与描述:
火焰靠近双金属片,双金属片膨胀向外,与金属丝接触;把火焰移开,双金属片收缩向里,与金属丝分离,双金属片起到了自动控制电路通断的作用。
问题提升:
电熨斗是怎样工作的呢?
投影展示:
电熨斗结构图(如图所示)
电熨斗的结构
双金属片受热膨胀情况
分析与归纳:
电熨斗也装有双金属片温度传感器,作用是自动控制电路的通断。
双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热。
温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用。
思考与讨论:
(1)常温下,上、下触点应是接触的还是分离的?
当温度过高时,双金属片将怎样起作用?
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,这是如何使用调温旋钮来实现的?
参考答案:
(1)常温下,上、下触点应是接触的。
但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热。
温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动通断电路从而控制温度的作用,双金属片相当于一个自动开关。
(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度,此时可通过调温旋钮调节升降螺丝,升降螺丝带动弹性铜片升降,从而改变触点接触的难易,达到控制不同温度的目的。
熨烫棉麻衣物需要较高的温度,旋转调温旋钮,通过升降螺丝降低弹性铜片位置,只有电阻丝产生大量的热,温度较高时,双金属片才会向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热。
熨烫丝绸衣物时,旋转调温旋钮,通过升降螺丝升高弹性铜片位置,当电阻丝产生一定的热,温度较低时,双金属片就会向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热。
[事件6]
教学任务:
提升认识,提高能力,归纳三种传感器的原理。
师生活动:
讨论总结三种传感器原理。
课堂训练
1.演示位移传感器的工作原理如下图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆p,通过电压表显示的数据,来反映物体位移的大小x。
假设电压表是理想的,则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时,电路中没有电流
D.物体M不动时,电压表没有示数
结论:
2.如图是电容式话筒的示意图,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后几十微米处有一金属板,膜的金属层和金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在电路中的其他量发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的( )
A.距离变化
B.正对面积变化
C.介质变化
D.电压变化
讨论与交流:
动圈式、电容式、驻极体三种话筒的比较。
相同点:
作用相同,都是将声波转换成电压或电流电学量。
不同点:
(1)动圈式话筒利用电磁感应原理实现声向电的转换,一般会场用的大多是动圈式话筒。
电容
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- 传感器的应用 新人 高中物理 选修 32 第六 传感器 应用 示范 教案