人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用获奖教案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用获奖教案，共11页。教案主要包含了教学重点，教学难点，实验原理，实验器材，实验结论等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
5.2 常见传感器的工作原理及应用
教学内容分析
本节内容分别以光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻、电阻应变片、霍尔元件等传感器元件为代表，介绍光、热、力、磁中常见传感器的工作原理，并从原理和应用两个层面认识传感器。有关本节的几种敏感元件的教学，建议教师不仅要引导学生认识和运用它们，更重要的是引导学生分析物理量的转换过程，培养学生基于实际情境提炼、分析各种要素和解决需求的应用实践意识和能力。可以采用演示实验或分组实验来认识敏感元件材料的特性。
本节内容的重点为几种传感器的具体应用过程，难点在如何把各种物理量的变化转换为方便传输的电学量，这既是传感器原理的核心部分，也是培养学生创新能力的核心环节。建议教师在教学时，要突出这种转换思维。
本节内容分别以光敏电阻、金属热电阻和热敏电阻、电阻应变片、霍尔元件等传感器元件为代表，介绍光、热、力、磁中常见传感器的工作原理，并从原理和应用两个层面认识传感器。有关本节的几种敏感元件的教学，建议教师不仅要引导学生认识和运用它们，更重要的是引导学生分析物理量的转换过程，培养学生基于实际情境提炼、分析各种要素和解决需求的应用实践意识和能力。可以采用演示实验或分组实验来认识敏感元件材料的特性。
本节内容的重点为几种传感器的具体应用过程，难点在如何把各种物理量的变化转换为方便传输的电学量，这既是传感器原理的核心部分，也是培养学生创新能力的核心环节。建议教师在教学时，要突出这种转换思维。
学情分析
学生在学习传感器时，常常面临以下难点和挑战：
原理理解困难：传感器的原理涉及多个学科领域，学生需要具备扎实的基础知识。
实验操作复杂：传感器的实验往往需要精密的仪器和复杂的操作，增加了学生的学习难度。
应用领域广泛：传感器应用于各个领域，需要学生具备跨学科的知识储备和实践经验。
针对上述难点和挑战，教师可以采取以下教学方法与策略：
理论联系实际：将传感器原理与实际应用相结合，通过案例分析、实验操作等方式，加深学生的理解。
实践教学：增加实验课程的比重，让学生亲自动手操作传感器，培养实践能力和动手能力。
跨学科融合：加强与相关学科的交叉融合，拓展学生的知识视野，培养跨学科思维。
创新教学方法：运用信息技术手段，如多媒体教学、在线课程等，创新教学方法，提高教学效果。
教学目标
1.认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。
2.了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件。
3.利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器。
教学重难点
【教学重点】了解光敏电阻、热敏电阻、电阻应变片以及电容式传感器的工作原理。
【教学难点】知道不同传感器在实际生产中应用时所涉及的物理原理、相应的定性分析及定量运算。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
传感器是怎样感知非电学量，并将其转换为电学量的呢？利用不同的敏感元件制成的各种传感器又有哪些应用呢？
学生回答问题
激发学生兴趣
新课教学
一、光敏电阻
光敏电阻的制作
硫化镉
光敏电阻
把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极。
实 验：观察光敏电阻特性
【实验原理】光敏电阻的阻值会随着光照强度的增加而不断减小，用欧姆表连接电阻，用不同强度的光照射电阻，通过观察欧姆表的示数变化，来研究光敏电阻与光强的关系。
【实验器材】光敏电阻、多用电表、导线、电源。
【实验结论】
（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大，随着光强的增加阻值不断减小，强光照射下电阻值很小;
（2）光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
（三）光敏电子的工作原理
光敏电阻工作原理：
光照增强 →半导体材料中的载流子（自由电子和空穴）浓度增加 → 材料的电阻率减小
作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
光学量（光照强度）→电学量（电阻）
学生阅读课文回答光敏电阻的制作方式
观察实验并记录实验现象
分享实验结论
阅读课文，总结光敏电阻工作原理
锻炼学生总结归纳问题能力
提升学生实验观察能力
提升学生实验分析能力
提升学生总结归纳能力
二、金属热电阻和热敏电阻
金属热电阻
规 律： 电阻随温度的升高而增大。
优缺点：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。
电阻—温度特性曲线
R
T
热敏电阻
观察热敏电阻特性
将多用电表的选择开关调到电阻挡（注意选择适当的倍率），然后仿照图所示的方法，将一只热敏电阻连接到多用电表表笔的两端。分别用手和冷水改变热敏电阻的温度，观察电阻的变化情况。
实验现象
热敏电阻放温水后，电流表读数明显增大，
实验结论
温度升高，热敏电阻的阻值显 著减小。
热敏电阻的应用
——低油位报警装置
给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热。
当液面高于热敏电阻的高度时，热敏电阻发出的热量会被液体带走，温度基本不变，阻值较大，指示灯不亮。
当液体减少、热敏电阻露出液面时，发热导致它的温度上升、阻值较小，指示灯亮。
油位高→电阻大→灯不亮
油位低→电阻小→灯亮
通过判断热敏电阻的阻值变化，就可以知道液面是否低于设定值。
阅读课文总结金属热电阻
观察热敏电阻观察能力
总结热敏电阻——低油位报警装置
提升学生实验观察能力
提升学生实验分析能力
提升学生总结归纳能力
三、电阻应变片
（一）原理与特性
我们知道，电阻与导体的材料、长度和横截面积有关。当金属丝受到拉力时，长度变长、横截面积变小，导致电阻变大；当金属丝受到压力时，长度变短、横截面积变大，导致电阻变小。
我们怎么根据这个原理制造传感器？
半导体电阻应变片
当单晶半导体材料沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称为压阻效应。
原理：电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
常见的一种力传感器：
（二）应用实例——电子秤
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。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。
学生分析根据电阻定律制造传感器
总结半导体电阻应变片
知道电子秤的应用
提升学生对传感器工作压力的理解
加深对物理规律的理解
四、思维拓展
（一）电容式位移传感器
如图所示，当被测物体在左、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？
根据电容的定义式 ，可知，给电容器带上一定的电荷，然后用静电计来检测两极板间电势差的变化，就可判断电容的变化。
电容式位移传感器能把物体的位移这个力学量转换为电容这个电学量。
（1）改变S：测量角度θ 、液面高度h等
（2）改变d：测量压力F
待测压力F
固定电极
可动电极
（3）改变ε：测量位移x
（二）霍尔效应
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，导体中能够自由移动的带电粒子在洛伦兹力的作用下，会发生什么现象？
洛伦兹力等于电场力：
电流微观表达式：
联立得：
霍尔传感器应用实例:
①电动车加速器
位置→磁场→电压→控制器控制车速
②霍尔无刷电动机(直流电源)
学生观察检测电容变化的方法
学生设计传感器方式
观察视频，知道霍尔效应
根据霍尔效应总结霍尔效应传感器设计原理。
提升学生对传奇器原理的理解。
理解传奇器的工作原理。
课堂总结
板书设计
第2节 常见的传感器的工作原理及应用
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
在教学过程中，我发现自己的教学方法存在一些明显的不足：
理论与实践脱节：过于注重理论知识的传授，而忽略了实践操作的重要性。导致学生虽然能够理解传感器的基本原理，但在面对实际应用时却显得力不从心。
缺乏案例分析：没有足够的案例分析来帮助学生理解传感器的实际工作原理和应用场景，使得学生对传感器的认识仅停留在抽象的概念层面。
学生互动不足：课堂氛围沉闷，缺乏足够的师生互动，没有充分调动学生的学习积极性。
针对以上不足之处，我提出以下改进方案：
加强实践教学：在课程中增加实验环节，让学生亲手操作传感器，感受其工作原理，增强实践能力。
引入案例分析：结合生活中的实例，分析传感器的应用，让学生更加直观地理解传感器的实际作用。
增加学生互动：通过小组讨论、角色扮演等形式，提高学生的课堂参与度，营造积极的学习氛围。