高中物理选修3-2教学设计7：6.1传感器及其工作原理

6.1传感器及其工作原理1.教材分析首先，通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念。

然后，介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习的物理知识了解它们的工作原理。

这样，就为认识传感器的应用打下了基础。

为了引起学生的兴趣和加强感性认识，安排了几个演示实验和随堂的学生分组实验，这是必不可少的。

2.传感器概念的教学学生在平时很少感受到传感器的存在及其所起的作用。

．因此，宜采用从具体的事例引导的方法，来认识什么是传感器。

首先，用“永磁体控制小灯泡开关”的实验引入课题，所使用的干簧管构造很简单，并且易于由磁化的知识了解其工作原理，具体内容可参阅后面实验参考资料部分的相关内容。

接着，通过若干事例提出了温度传感器的应用，还可以由教师和学生共同举出能够接触到的其他事例。

最后，概括出传感器的一般概念。

传感器将非电学量转换成的电学量可以有两类。

一类是模拟量，如电阻、电压、电流等，便于计量。

光敏电阻就属于这一类。

另一类是开关量，如电路的通与断，便于实现控制的功能，干簧管就属于这一类。

课本图6．1—3中的温度传感器照片，从上到下分别是：开关型热敏电阻、热电偶、铂热电阻、硅P—N结集成温度传感器。

3.光敏电阻的教学光敏电阻是一种最简单的光敏元件，它的价格低(几角钱)，不易损坏，适合学生实验。

用课本图6．1—5所示的方法做随堂实验，可以直接观察到电阻随光照的变化，并且能够让学生再次练习使用多用电表。

有关使用光敏电阻做传感器应用电路的内容将在后面介绍。

要将光敏电阻与普通电阻器对比，突出显示光敏电阻对光照的高度敏感性。

普通电阻器的导电物质是附着在细瓷棒(或细瓷管)上的金属膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。

讲解光敏电阻的工作原理，能够扩展学生关于物质导电性的知识。

除了已学过的金属的自由电子导电和溶液的离子导电外，又认识了半导体依靠载流子导电的机理。

在课本“科学漫步”栏目中，对这种导电机理做了浅显的解释，学生有所领会即可，不要求掌握。

6.1 传感器及其工作原理[学习目标]1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．2．知道将非电学量转化为电学量的意义．3．了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用．一、传感器[知识梳理]1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等，或转换为的元件．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行、传输、和．[判一判]1．传感器是一种把非电学量的变化转化为电学量的变化的元件．()2．传感器一定是把非电学量的变化转化为电路的通断．()3．干簧管是作为非电控元件以实现自动控制的．()[想一想]有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？[合作探究]在现代的工农业生产和日常生活中大量的应用了传感器，给我们的生产和生活带来了极大的方便．（1）传感器是起什么作用的元件？（2）夜晚，楼道里漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥密是什么？[要点突破]1．传感器的组成一般是由敏感元件，转换元件和转换电路组成，有时还需要有辅助电源．2．传感器的原理传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、光、声、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的大多是电学量，如电压、电流、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，一般要经过放大处理后，再通过控制系统产生各种控制动作．3．传感器的工作流程非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量4．各组成部分的作用(1)敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、湿敏等)制成的．(2)转换元件：传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件．(3)转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量(如力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等)转换成易于测量的电学量(如电压、电流、电阻等)．[题组训练]1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是()A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量2．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”．关于干簧管，下列说法正确的是()A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D．干簧管接入电路中相当于开关的作用3．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是( )A ．将力学量(如形变量)转换成磁学量B ．将电学量转换成热学量C ．将光学量转换成电学量D ．将电学量转换成力学量 [名师点拨]传感器问题的分析思路1．明确传感器的类型，了解传感器的工作原理． 2．确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化． 3．根据电学量的变化确定相关物理量的变化．二、对敏感元件的认识[知识梳理] 1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻．(2)原因：无光照时，载流子极，导电性能；随着光照的增强，载流子，导电性． (3)作用：把这个光学量转换为这个电学量． 2．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．3．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．4．霍尔元件(1)构造(如图所示)很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N .(2)霍尔电压E 、F 间通入恒定电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则M 、N 间出现霍尔电压U H ，U H ＝k IB d .d为薄片厚度，k 为霍尔系数．一个霍尔元件的d 、k 为定值，若保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成比．(3)作用把这个磁学量转换为这个电学量．[判一判]1．光敏电阻本身就是一种传感器．()2．半导体制成的热敏元件温度升高时，电阻会发生大幅度变化．()3．金属热电阻的温度升高时，其电阻值会明显增大．()4．霍尔元件在电压稳定时，截流子所受的静电力和洛伦兹力平衡．()[想一想]1．热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？2．如图所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N、M两侧面电势的高低．[合作探究]某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1(负温度系数)、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示的电路中，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．（1）闭合开关S后，温度升高时，电流表的示数如何变化？（2）闭合开关S后，温度降低时，电压表的示数如何变化？[要点突破]1．光敏电阻：光敏电阻一般为半导体材料制成，当半导体材料受到光照时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性能明显增强．光敏电阻把光照的强弱转换为电阻的大小．2．热敏电阻和金属热电阻的特点 (1)热敏电阻的两种型号及其分类热敏电阻器是电阻值随温度变化而变化的敏感元件．在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻器．热敏电阻器可按电阻温度特性、材料、结构、工作方式、工作温度和用途进行分类．(1)电场的产生：运动的载流子在洛伦兹力作用下在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场．(2)电压的形成：横向电场对载流子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板两侧会形成稳定的电压；U H ＝kIBd .U H 与B 成正比是霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因．[题组训练]4．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( ) A ．金属导体B ．光敏电阻C．NTC热敏电阻D．PTC热敏电阻5．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一．如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷．则下列说法正确的是()A．该元件能把电学量转化为磁学量B．左表面的电动势高于右表面C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比6．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R p在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻/kΩ754028232018并说明阻值随照度变化的特点．甲乙(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R p(符号，阻值见图表)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S 及导线若干．[名师点拨]含有敏感元件电路的分析思路1．明确敏感元件的电阻特性．2．根据闭合电路欧姆定律及串、并联电路的性质分析电路中其一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况．3．思路流程：R局→R总→I总→U端→局部判断．三、电容式传感器[合作探究]在无线电技术中会用到很多电容器，电容器在电路中具有充放电的作用．（1）平行板电容器的电容与哪些因素有关？（2）电容式传感器是如何实现将非电学量转换为便于测量的电学量的？[要点突破]常见电容式传感器名称传感器原理测定角度θ的电容式传感器当动片与定片之间的角度θ发生变化时，引起极板正对面积S的变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道θ的变化情况测定液体深度h的电容式传感器导线芯和导电液体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质，液体深度h发生变化时，引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况测定压力F的电容式传感器待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化．知道C的变化，就可以知道F的变化情况测定位移x的电容式传感器随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道x的变化情况[题组训练]7．传感器是把非电学量(如温度、速度、压力等)的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．如图是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图．电容C大小的变化就能反映液面的升降情况．关于两者关系的说法中正确的是()A．C增大表示h减小B．C减小表示h增大C．C减小表示h减小D．C的变化与h变化无直接关系8．传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；④若电流表有示数，说明压力F发生变化；⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化．A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤9．如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．声源S做位移x＝A sin(100πt)的振动，则()A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大[名师点拨]电容式传感器的应用1．电容式传感器是将非电学量(如：介质的变化、距离的变化，正对面积的变化)转化为电信号的变化．2．电容式传感器可以测定距离、面积、压力、位移、压强等．——★ 参 考 答 案 ★——一、传感器[知识梳理]1．非电学量电学量电路的通断 2．测量处理控制 [判一判] 1．√ 2．× 3．√ [想一想]这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．[合作探究]（1）传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．（2）在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关． [题组训练]1．[解析] 传感器工作的一般流程为 非电学量――→被敏感元件――――――→感知，然后通过转换元件――――――――――→转换成电信号，再通过转换电路――――――――――――→将此信号转换成易于传输或测量的电学量，因此A 、B 、D 错，C 正确．[答案] C2．[解析] 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B 错误，选项C 正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A 错误，选项D 正确．[答案] CD3．[解析] 传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故只有C 项正确．[答案] C二、对敏感元件的认识[知识梳理]1．(1)越小(2)少不好增多变好(3)光照强弱电阻2．减小3．增大4．(1)正 (3)磁感应强度电压[判一判]1．×2．√3．√4．√[想一想]1．不一定，有的随温度的升高而增大(PTC 元件)，有的随温度的升高而减小(NTC 元件)．2．对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N ，N 侧面聚集负电荷，电势较低，M 侧面带正电荷，电势较高，即φM >φN .[合作探究]（1）温度升高时，热敏电阻的阻值变小，干路的电流变大，所以电流表的示数变大．（2）温度降低，热敏电阻的阻值变大，干路中的电流变小，R 2两端的电压变小，电压表的示数变小．[题组训练]4．[解析] 金属导体电阻值一般随温度升高而增大，光敏电阻电阻值是随光照强度的增大而减小，PTC 热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，只有NTC 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C 对，A 、B 、D 错．[答案] C5．[解析] 霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A 错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F 到E ，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B 错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C 错误；根据q v B ＝q U d得，U ＝Bd v ，由电流的微观定义式I ＝nqS v (n 是单位体积内的导电粒子数，q 是单个导电粒子所带的电荷量，S 是导体的横截面积，v 是导电粒子运动的速度)整理得v ＝I nqS ，联立解得U ＝IBd nqS，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D 正确．[答案] D6．[解析] (1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线．阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如图所示．[答案]见[解析]三、电容式传感器[合作探究]（1）由C＝εr S4πkd知平行板电容器的电容与εr、S成正比，与d成反比．（2）极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．[题组训练]7．[解析]C增大表示电容器的正对面积变大，h增大，C减小表示h减小，故C正确．[答案] C8．[解析]在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C＝εr S4πkd知，电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确．故A 项正确．[答案] A9．[解析] 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U 保持不变，根据场强E ＝U d ，C ＝εS 4πkd可判断A 错，D 对；再由Q ＝CU 可知，B 错；由于Q 变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C 错．[答案] D。

1传感器及其工作原理光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。

引导学生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。

自学与诊断（2）传感器的作用是什么？传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而实现合作互动学生活动教学设计互动与展示看课本实验，思考以下问题：精讲与点拨（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？光敏电阻的电阻率与光照强度有关。

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。

光敏电阻能够将光学量转化为电阻这个电学量。

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（BD）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，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就记数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就记数一次．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、[例1]有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是（AC）A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻[例2]如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）[答案]下表面电势高，U＝BI/ned课后反思：。

6.1 传感器及其工作原理整体设计教学分析本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原理。

这是本章第一节内容，侧重点在让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来学习新知识。

传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件。

传感器的设计和使用中涉及相当多的物理学知识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物理教学中一项重要任务和内容，也是新课改中心思想的重要体现。

传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，并介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础。

为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是非常必要的。

教学设计教学原则：学生主体，教师主导。

以学生自主活动为主，以探究为原则。

问题教学模式：一、是什么？通过出示大量的传感器应用及实例让学生了解传感器是什么。

二、为什么？通过对传感器元件原理及功能的学习知道传感器为什么会起到转换物理量的作用。

三、怎么用？通过学习让学生知道基本的应用，并加以简单的设计，以提高其知识应用的能力。

由以上教学原则和教学模式出发，本节课设计了四个阶段：第一阶段：采用实例、实验引入新课。

第二阶段：传感器原理认识。

第三阶段：学生讨论电容式位移传感器的作用和原理。

第四阶段：学以致用。

(1)通过实验及生活中的实例获得对传感器的感性认识。

(2)知道干簧管、光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻的特性和工作原理。

(3)知道什么是传感器，它的作用、类别、目的。

教学重点传感器的概念，光敏电阻、热敏电阻的特性，热敏电阻、金属热电阻的特性差异。

教学难点传感器的工作原理。

教学方法探究式教学法：具体实例引导→感知传感器→传感器元件特性探究→引导学生观察→功能总结→尝试应用。

课题：§6.1传感器及其工作原理（一）学习目标：1、通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，感受传感技术在信息时代的作用和意义2、了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件三种敏感元件，通过实验知道它们的性能，了解其工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性3、知道非电学量转换成电学量的技术意义，进一步拓展思维，探讨科技发展给人类带来的利与弊。

重点难点：重点是对传感器的认识与理解，培养学生的设计能力和动手能力；难点是各种信息通过传感器变成电信号的变换原理；分析并设计传感器的应用电路。

学习用具：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。

学习方法：自学预习、学案引导、问题导学、自主学习、合作学习、互动评价。

学习过程：【身边现象观察】感受传感技术在信息时代的作用和意义1、自动门，利用人体的红外微波来开关门2、日光控制路灯的开关3、遥控器控制电视开关4、声音强弱控制走廊照明灯开关等5、烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的6、手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象7、电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的8、水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是……9、机器人：传感器在机器人中，是必不可少的元件。

传感器是机器人获取外部部信息的唯一途径。

有的传感器就像人的眼睛，可以感受到光的强弱，有的传感器则像人的皮肤，可以感受到温度的变化，有的传感器还能听到声音。

传感器就是机器人的感觉器官，它能将外界信息转换成电信号，并传送给单片机进行加工处理。

安装了各种传感器的简易机器人具有对外界环境的变化作出反应的能力。

【演示与观察】1出示一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒【导思】音乐茶杯的工作开关又在哪里？开启的条件是什么？用书挡住底部（不与底部接触），音乐停止，可见音乐茶杯受光照强度的控制。

《传感器及其工作原理》教学设计一．教学目标：1．知识与技能：（1）了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量。

（2）知道光敏电阻、热敏电阻的工作原理。

2．过程与方法：（1）通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理。

（2）经历科学探究过程，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。

3．情感态度与价值观：（1）体会传感器在生活、生产、科技领域的种种益处，拓展学生的知识视野。

（2）通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。

二．重点难点：1．重点：了解传感器及其工作原理。

了解光敏电阻，热敏电阻。

2. 难点：传感器中各物理量之间的转换关系。

三．学情分析：1．学生心理的特点：高中二年级的学生归因兴趣以及概括认识兴趣较强，乐于探索物理世界的奥秘。

2. 学生的知识基础：通过学习传感器的定义以及传感器的简单分类，并掌握了电学电路的基本知识。

3.学生学习认识的困难：因为不容易了解“热敏电阻特性”和“光敏电阻特性”，于是对理解温度传感器工作原理的学习就有一些困难。

四．教学策略设计：1．教学组织形式结合课程标准以及本节课的设计特点，在实验室开展教学，并其中始终以探究设计贯穿始末。

凸显“教师主导，学生主体”的教学组织形式。

2.教学方法（1）实验法让学生在教师的指导下，自己探究，亲身经历科学探究的几个环节，动手与动脑相结合，从而总结归纳出热敏和光敏电阻的特性。

在整个过程渗透物理学研究方法、科学思维方法和协作精神、探索精神等情感态度价值观教育（2）讲授法通过老师形象生动的讲解，配以演示实验、认识热敏电阻的特性到理解传感器的工作原理。

在讲授知识的同时引导学生学会分析、归纳、总结规律。

3．学法指导让学生领会物理学的学习方法，领会怎样进行实验设计，器材选用，实际操作，数据分析及得出实验结论、总结热敏和光敏电阻的特性。

着实让学生体验探究的几个环节。

同时要让学生知道，物理规律必须经过实验的检验，不能任意外推，从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。

传感器及其工作原理知识元常见传感器的工作原理知识讲解传感器的工作原理1．概念：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

2．组成：一般由敏感元件、转换元件、转换电路三个部分组成。

敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。

转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的，与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。

转换电路：是将转换元件输出的不易测量的电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等。

3．原理：通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。

例如，光电传感器利用光敏电阻将光信号转换成电信号；热电传感器利用热敏电阻将温度信号转换成电信号。

4．工作流程：5．类别：最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换器)组成，它感受被测量时，直接输出电学量，如热电偶．有的传感器由敏感元件和转换器件组成，设有转换电路，如光电池、光电管等；有的传感器，转换电路不止一个，要经过若干次转换。

6．传感器的分类：目前对传感器尚无一个统一的分类方法，常用的分类方法有两个：（1）按输入量分类，如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度等非电学量时，相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器。

（2）按传感器的工作原理分类，可分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器、霍尔传感器、光电传感器、光栅传感器等。

7．传感器的元件：制作传感器时经常使用的元件有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。

例题精讲常见传感器的工作原理例1.传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件。

如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是（）A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向左偏转C．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变大，则电流表指针向左偏D．当丙传感器接入电路实验时，若液体深度h变小，则电流表指针向左偏例2.关于传感器，下列说法正确的是（）A．霍尔元件能把光学量转化为电学量B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件例3.利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况。

6.1传感器及其工作原理[学习目标]1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．2．知道将非电学量转化为电学量的意义．3．了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用．[知识梳理]一、传感器1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等，或转换为的元件．2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行、传输、和．二、对敏感元件的认识1．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻．(2)原因：无光照时，载流子极，导电性能；随着光照的增强，载流子，导电性．(3)作用：把这个光学量转换为这个电学量．2．热敏电阻热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线．3．金属热电阻有些金属的电阻率随温度的升高而，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．4．霍尔元件(1)构造(如图所示)很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N .(2)霍尔电压E 、F 间通入恒定电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则M 、N 间出现霍尔电压U H ，U H ＝k IB d.d 为薄片厚度，k 为霍尔系数．一个霍尔元件的d 、k 为定值，若保持I 恒定，则U H 的变化就与B成比．(3)作用把这个磁学量转换为这个电学量．[课堂互动探究]探究一光敏电阻、热敏电阻的特性[问题设计]晚上上楼时，随着发出的脚步声响，楼梯灯亮了；登上一楼，灯光照亮一楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能“听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，其中的原因是什么呢？[要点突破]1．半导体的导电原理如图是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有4个电子。

由于热运动或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，挣脱原子的束缚而成为自由电子。

《传感器及其工作原理》教学设计【教材】普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3－2第六章第一节【设计说明】从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。

新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。

本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。

教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。

【教学目标】1.知识与技能：（1）知道什么是传感器。

（2）了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。

2.过程方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。

3.情感态度与价值观：通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，用Excel描绘“电阻—温度”曲线，让学生养成实事求是的科学精神。

【设计思路】1．关于课题的引入，利用“人进出电梯门”和“人进出商场的自动门”这两个生活实例，让学生得出“自动控制”的感性认识，然后启发学生列举相类似的生活现象，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。

2．关于传感器概念的建立：教材中只用了一个干簧管实验就得出了传感器的概念，在教学中要增加几个实验，从多个实验事实中建立出传感器的概念，这样建立物理概念才比较科学，同时也能培养学生科学概括的能力。

3．关于各传感器特性及原理的教学：通过设计实验，从定性和半定量的角度让学生获得比较清晰的认识，特别是金属热电阻和热敏电阻的“电阻—温度”曲线，课本中没有安排实验，但在教学中我们是完全可以通过实验得到的，所以本设计中就设计了一个探究实验，这样，课本中的“电阻—温度”曲线的得出就有依有据，更重要的是培养了学生的科学探究能力。

4．关于本节内容要培养学生的能力主要有：理论联系实际的能力、观察分析能力、自主合作探究的学习能力。

选修3-2第六章第1节：传感器及其工作教学设计一．【教材分析】：?6.1 传感器及其工作?是新人教版高中物理选修3-2第六章第一节的教学内容，主要学习一些简单传感器，以介绍为主，课程内容比拟简单。

二．【教学目标】一、知识与技能：〔1〕、了解什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义；〔2〕、知道传感器中常见的三种敏感元件光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件及其它们的工作原理。

〔3〕、了解传感器的应用。

二、过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的观察能力、实践能力和创新思维能力。

三、情感、态度与价值观：〔2〕、通过动手实验，培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。

三．【教学重点】：理解并掌握传感器的三种常见敏感元件的工作原理。

【教学难点】：分析并设计传感器的应用电路。

四．学情分析：五．【教学方法】：实验、探究、讨论六．【教学用具】：干簧管，磁铁，光敏电阻、热敏电阻演示仪、传感器简单应用实验盒、万用表。

七．【课时安排】1课时八．【教学过程】预习检查、总结疑惑检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性一、引入新课：今天我们生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操纵的？楼梯上的电灯如何能人来就开，人走就熄的？工业生产中所用的自动报警器、恒温烘箱是如何工作的？“非典〞病毒肆虐华夏大地时，机场、车站、港口又是如何实现快速而准确的体温检测的？所有这些，都离不开一个核心，那就是本堂课将要学习的传感器。

二、新课教学1．什么是传感器演示实验1：如图1所示，小盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，当把磁铁放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移开，灯泡熄灭。

提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？学生猜想：盒子里有弹性铁质开关。

师生探究：翻开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图〔图2〕，了解元件“干簧管〞的结构。

传感器及其工作原理教学目标1. 知识与技能(1)结合实际生产及生活，展示各种事例及应用，使学生知道非电学量转换成电学量的技术意义．(2)通过实验，对传感器中常见的敏感元件加以了解，并从中知道它们的工作原理．(3)通过分析大量传感器在生产和生活中的应用，了解传感器是如何工作的，并会结合原有的电学知识设计一些简单的传感器电路．2. 过程与方法(1)用热敏电阻、光敏电阻等常用元器件做实验，了解传感器是怎样把非电学量转换成电学量的．(2)通过对实际传感器工作原理的分析，了解传感器是怎样应用到技术中，实现信息采集或自动控制的．(3)结合生活实际，在课外或家庭活动中设计组装简单的自动控制装置．(4)通过调查、上网或从图书馆查阅相关资料，列举传感器的应用实例．(5)根据设计与制作的需要，通过多种方式学习与拓展相关的知识和技能．3. 情感、态度与价值观在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣．教学重难点1．干簧管、光敏元件、热敏元件等电学实验元件在电路中的作用．2．设计电路，理解传感器的工作原理及应用．教学准备小盒子、小灯泡、干簧管、条形磁铁、干电池、导线、音乐茶杯、光敏电阻、多用电表、金属热电阻、热敏电阻等．教学过程设计盒子里有什么装置，才能出现这样的现象？盒子里有弹性铁质开关.生活中常用的电视、空调的遥控器是如何实现远距离操控的？楼梯上的电灯如何做到人来就开，换用一只普通的电阻，小心地把电阻表面的漆涂层除去一些，使里面的导电膜漏出来接受光照．述实验，结果相同吗？如图，在一个很小的矩形半导体(例如砷化铟E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件．间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁板书设计1 传感器及其工作原理1.传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件.2.传感器的优点：把非电学量转换为电学量，很方便地进行测量、传输、处理和控制.3.一些制作传感器的元器件(1)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.(2)热敏电阻和金属热电阻：能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.(3)霍尔元件：能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.。

1传感器及其工作原理[教学内容分析]本节以传感器的功能与原理为主线，让学生综合运用已经学过的或将要学到的物理知识来认识传感器的工作原理。

这是本章第一节内容，侧重点在让学生了解传感器，认识其工作原理，知道有哪些重要的传感器元件，同时还要给学生以学习方法的指导，通过探究性学习和合作学习来学习新知识。

传感器在现代生活中已经被广泛应用，是测量和控制电路中不可缺少的元器件。

传感器的设计和使用中涉及相当多的物理学知识，将力学、电磁学的知识与传感器的设计、应用紧密联系，是物理教学中一项重要任务和内容，也是新课改中心思想的重要体现。

传感器及其工作原理这一节内容要求学生能通过观察一些现象和常见的事例，初步形成传感器的概念，并介绍三种制作传感器所使用的敏感元件，运用以前学习过的物理知识了解它们的工作原理，从而为了解传感器的应用打下良好的基础。

为了增加学生的技术知识和常识，提高应用知识以及进行电器复杂设计的能力，学好本节知识是非常必要的。

[三维目标]知识与技能：知道非电学量转换成电学量的技术意义；通过实验，知道常见传感器的工作原理；初步探究利用和设计简单的传感器。

过程与方法：通过对实验的观察、思考和探究，让学生了解传感器、熟悉传感器工作原理；让学生自己设计简单的传感器，经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的实践能力和创新思维能力。

情感态度与价值观：在理解传感器工作原理的基础上，通过自己设计简单的传感器，体验科技创新的乐趣，激发学习物理的兴趣。

[教学重难点]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。

[教学过程][新课引入]演示实验1:干簧管控制电路的通断。

如图，小盒子A的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，但是把磁铁B放到盒子上面，灯泡就会发光，把磁铁移走，灯泡熄灭。

提问：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？（可以自由讨论，也可以请学生回答）师生探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图，了解元件“干簧管”的结构。

《传感器及其工作原理》教学设计新 课 引 入过，车顶装有干簧管，将其与车底开关用导线并联），打开开关，小车启动，关闭开关，小车停止。

然后演示手在不接触小车的情况下，启动小车。

（手中藏有小磁片）提出问题：我能够在不接触小车的情况下启动小车，你觉得是什么原因呢？ 提供器材供学生探究（磁铁、干簧管、放大镜） 原理揭秘：干簧管由两个软磁性材料制成的簧片所构成，当磁体靠近时，簧片被磁化而接通，干簧管和车底开关是并联关系，其实就是一个能感知磁场的开关，它也是我们今天要学习的传感器的一种。

【板书】课题：传感器及其工作原理细观察现象，尝试去发现其中的奥妙。

学生提出猜想，并相互讨论。

学生利用器材仔细观察干簧管簧片的状况。

通过有趣的物理现象，调动学生的兴趣，引发学生认知冲突，激发学生求知欲望。

实 例 展 示演示实验:在明暗两种不光照条件下，尝试利用声响点亮灯泡。

拆开装置观察内部构造：设问：我们可以观察到灯座的电路板中有一个传声筒，它可以感知声音，而透光孔里面也有一个电子元件，你觉得它有什么特性呢？观察后提出猜想:该电子元件对光照很敏感，光照有可能改变它的电阻。

生活中的实例更能让学生体会传感器就在身边，感知科学的奥妙。

【实验1】探究光敏电阻的特性提出探究问题：该电子元件随光照增强，电阻如何变化？ 介绍提供的实验器材：光敏元件、手电筒、数字表、若干学生设计实验并相互合作：浸透物理学研究问题的方实验探究导线。

引导学生注意记录数据：光照强度弱中强电阻值组织学生汇报实验过程：实验小组中一个同学展示他们的实验过程，并分析他们所记录的实验数据，得出实验结论。

另一同学在黑板表格中记录实验结论：光敏电阻对光照敏感，当光照强度逐渐增大时，电阻的阻值随之减小。

利用课件介绍光敏电阻构造及应用，并从理论上解释为什么随光照强度逐渐增大时，其阻值会随之减小。

一个同学操作，另外一个同学观察，还有一同学记录数据。

学生相互讨论利用提供器材设计出弱、中、强三种不同光照条件进行试验。

6.1 传感器及其工作原理【设计说明】从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。

新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。

本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。

教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。

【教学目标】1.知识与技能：（1）知道什么是传感器。

（2）了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。

2.过程方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。

3.情感态度与价值观：通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，用Excel描绘“电阻—温度”曲线，让学生养成实事求是的科学精神。

【设计思路】1．关于课题的引入，利用“人进出电梯门”和“人进出商场的自动门”这两个生活实例，让学生得出“自动控制”的感性认识，然后启发学生列举相类似的生活现象，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。

2．关于传感器概念的建立：教材中只用了一个干簧管实验就得出了传感器的概念，在教学中要增加几个实验，从多个实验事实中建立出传感器的概念，这样建立物理概念才比较科学，同时也能培养学生科学概括的能力。

3．关于各传感器特性及原理的教学：通过设计实验，从定性和半定量的角度让学生获得比较清晰的认识，特别是金属热电阻和热敏电阻的“电阻—温度”曲线，课本中没有安排实验，但在教学中我们是完全可以通过实验得到的，所以本设计中就设计了一个探究实验，这样，课本中的“电阻—温度”曲线的得出就有依有据，更重要的是培养了学生的科学探究能力。

4．关于本节内容要培养学生的能力主要有：理论联系实际的能力、观察分析能力、自主合作探究的学习能力。

由于本节内容与人们的生活息息相关，要引导学生查阅资料或上网收集关于传感器的知识。

6.1 传感器及其工作原理教学设计一、教材分析：传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。

新课程标准顺应时代发展，对传感器教学提出明确要求。

《课程标准》强调传感器教学侧重从技术应用角度展开物理教学。

强调物理学科与技术的结合，着重体现物理学的应用性、实践性。

二、设计思路：本节课通过生活中自动门、自动干手机、探测器具体实例启发学生思考，自动化实现的依据是什么？引出本节课教学内容。

设计演示实验神秘盒子激发学生学习兴趣和探究欲望。

教学过程主要以实验探究为主，通过学生实验、观察、讨论、分析，让学生了解传感器如何将非电学量转化为电学量。

基于学生思维能力不成熟，教师引导学生根据光敏电阻和热敏电阻特性对生活实例进行分析。

教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生体会传感器对生活的重要意义，进而提高学习热情。

三、核心素养：通过《传感器及其工作原理》的探究实验过程，调动学生主观能动性，引导学生进行问题分析。

培养学生观察能力和实践能力。

培养学生实事求是的科学态度、团队合作精神和创新意识。

四、教学目标（1）初步认识传感器的用途（2）了解常见传感器元件（如：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件）的特性和工作原理。

（3）了解电容式传感器的工作原理，并能进行问题分析。

五、教学重点、难点：重点：常见传感器元件特性和原理难点：理解非电学量转换为电学量的技术意义。

六、教学准备：干簧管，磁铁，光敏电阻，多用电表，二极管小灯泡，多媒体课件等七、教学方法实验探究法，观察法，归纳法八、教学过程（一）引入新课：引导学生观看多媒体播放的自动门、自动干手机、探测器的图片。

体会自动化生活的便捷。

提出问题：自动化的实现主要依靠什么呢？回答：自动化的实现主要依靠传感器。

今天让我一起来学习传感器及其工作原理。

（二）新课教学【传感器】通过多媒体动画演示实验，盒子外面没有控制开关，当磁铁放在盒子上时指示灯变亮，磁铁远离盒子时指示灯熄灭。

提出问题：盒子里面有什么装置？回答问题之前让学生观察下面演示实验，用6 V直流电源将干簧管和二极管小灯炮串联，连接电路时提醒学生二极管单向导通特性，应将电源正极与二极管正接线柱相连。

第六章第一节：传感器及其工作原理教学目标：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、干簧管的工作原理；（3）会尝试利用材料或元件的特性研发传感器。

2．过程与方法：通过观察、实验，认识传感器、了解敏感元件的性能、工作原理。

3．情感态度与价值观：（1）感受传感技术的作用和意义。

（2）激发学生兴趣，培养良好的科学态度。

（3）拓展学生思维，激发科学探究的兴趣以促其进一步探讨科技发展的利弊。

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，能有传感器研发的基础观念。

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、逻辑法、归纳法。

教 具：磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、多用电表、电流计、数字计数器，面包板、发光二极管等。

教学过程：一、新课导入（师生互动） 1.人们如何感知世界―――信号的转换和传输2.干簧管实验——感知了什么，实现了什么3.生活中还有哪些例子二、什么是传感器（学生结合教材和讨论，开展活动） 1.什么是传感器2.传感器实现什么功能或有什么作用？三、常见的传感器元件（学生结合教材和讨论，开展活动）1.传感器要包括哪两个基本部分？2.要感知信号，对材料有什么要求？（一）实验探究：对光敏感的元件通过学生实验，探究光敏电阻对光的感知能力。

实验1：利用多用电表探测光敏电阻受光面在暴露和被遮盖的情况下电阻的差异；实验2：学生涉及电路，利用发光二极管的亮度体现光敏电阻在不同光强度下电阻的变化。

（1）光传感器的应用当光照强度下降到特定值时，光敏电阻阻值升高使VT1导通，VT2的激励电流使继电器K 的敞开触点闭合，触点部分 玻璃保护树脂 惰性气体常闭触点断开，从而实现对外电路的控制。

光敏电阻主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”。

1传感器及其工作原理[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是传感器，知道其将非电学量转化为电学量的意义.2.了解光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用.科学探究：通过多种渠道收集传感器的信息，进行交流、展示，了解传感器的应用.一、传感器及工作原理1.传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断的元件.2.非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制.二、光敏电阻的特点及工作原理1.当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电能力明显增强.2.光敏电阻是用半导体材料(如硫化镉)制成的，它的特点是光照越强，电阻越小.它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量. 三、热敏电阻和金属热电阻的特点1.热敏电阻：用半导体材料制成.可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻. (1)正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大.(2)负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小.2.金属热电阻：金属的电阻率随温度升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成温度传感器，称为热电阻. 四、霍尔元件的特点1.霍尔元件在电流、电压稳定时，载流子所受电场力和洛伦兹力二力平衡.2.霍尔电压：U H ＝k IBd (d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数).其中U H 的变化与B 成正比，所以霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量.1.判断下列说法的正误.(1)传感器可以把非电学量转化为电学量.( √ )(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化，光照越强电阻越大.( × )(3)热敏电阻一般用半导体材料制作，导电能力随温度的升高而增强，但灵敏度低.( × ) (4)霍尔元件一共有两个电极，电压这个电学量就通过这两个电极输出.( × )2.如图1所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻，L 为小灯泡，当温度降低时，电流表的读数____(填“变大”或“变小”)，小灯泡的亮度____(填“变亮”或“变暗”).图1 [答案]变小变亮一、传感器干簧管结构：如图甲所示，它只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁铁靠近干簧管时：甲乙(1)会发生什么现象，为什么？(2)干簧管的作用是什么？[答案](1)灯泡会亮，因为当条形磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通.(2)干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器.1.传感器的原理非电学量→传感器(敏感元件、转换器件、转换电路)→电学量2.在分析传感器时要明确(1)核心元件是什么；(2)是怎样将非电学量转化为电学量的；(3)是如何显示或控制开关的.例1(2018·扬州市邗江区高二下学期期中)关于传感器，下列说法正确的是()A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器[答案] B[解析]传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，所以A错误；金属材料也可以制成传感器，所以B正确；传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，所以D错误.二、光敏电阻及应用在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，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什么？[答案]当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次.光敏电阻是由半导体材料制成的.它的阻值随光照强度的变化而变化，光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大.例2(多选)如图2所示，R1、R2为定值电阻，L 为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图2A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大[答案]ABC[解析]当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，由闭合电路欧姆定律知，干路电流增大，R1两端电压增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误.因路端电压减小，而R1两端电压增大，故R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确.结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确.三、热敏电阻和金属热电阻及应用如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻R T(温度升高，电阻减小)的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中央.若在R T上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用吹风机将热风吹向热敏电阻，表针将如何偏转？[答案]由于酒精蒸发，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，表针将向左偏；用吹风机将热风吹向热敏电阻，热敏电阻R T温度升高，电阻值减小，表针将向右偏.1.金属热电阻：金属导体的电阻，随温度的升高而增大.2.热敏电阻(负温度系数)：用半导体材料制成，其阻值随温度升高而减小.例3(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时()图3A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大[答案]AB[解析]当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝ER总知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1变小，U2变大，由场强E′＝U2d，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误.含有热敏电阻、光敏电阻电路的动态分析步骤1.明确热敏电阻(或光敏电阻)的阻值随温度(或光照强度)的增加是增大还是减小.2.分析整个回路的电阻的、电流的增减.3.分析部分电路的电压、电流如何变化.四、霍尔元件如图所示，在矩形半导体薄片E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间会出现电压，称为霍尔电压U H.(1)分析为什么会出现电压.(2)试推导U H的表达式.[答案](1)薄片中的载流子在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向偏转，使M、N间出现了电压.(2)设薄片厚度为d，EF方向长度为l1，MN方向长度为l2，受力分析如图所示当洛伦兹力与电场力平衡时，M 、N 间电势差达到稳定值. 即q U Hl 2＝q v B再根据电流的微观表达式I ＝nq v S ，S ＝l 2d 整理得：U H ＝IB nqd令k ＝1nq ，其中n 为材料单位体积的载流子的个数，q 为单个载流子的电荷量，它们均为常数.则有U H ＝k IBd.霍尔元件电势高低的判断方法：利用左手定则，即磁感线垂直穿入手心，四指指向电流方向，拇指指的方向为载流子的受力方向，若载流子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，若载流子是负电荷，则拇指所指的面为低电势面.例4(2017·扬州市邗江中学高二(下)期中)霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序.如图4所示是一霍尔元件的示意图，通入沿x轴正向的电流I，沿y轴正向加恒定的匀强磁场B，图中a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为d(a、b间距离)，ab间将出现电压U ab，则()图4A.a 、b 间电压U ab 仅与磁感应强度B 有关B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则ab 两端电压U ab <0C.若霍尔元件的载流子是正电荷，则ab 两端电压U ab <0D.若增大霍尔元件宽度d ，则ab 间电压U ab 一定增大 [答案] B[解析] 霍尔元件宽为d ，设霍尔元件厚度为h ，则有q U ab d ＝q v B ，而I ＝nq v dh ，则U ab ＝BInqh ，故A 、D 错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子向a 侧面偏转，a 表面带负电，b 表面带正电，所以b 表面的电势高，则U ab <0，故B 正确；若霍尔元件的载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向a 侧面偏转，a 表面带正电，b 表面带负电，所以a 表面的电势高，则U ab >0，故C 错误.[学科素养] 通过以上例题，进一步建立传感器的概念，了解各种传感器的工作原理，较好地体现了“物理观念”的学科素养.1.(对传感器的理解)许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是()A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移[答案] C[解析]楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音，C正确.2.(光敏电阻的特性)如图5所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板(未画出)隔开，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED 间距不变，下列说法中正确的是()图5A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变[答案] A[解析]滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，流过灯泡的电流增大，L消耗的功率增大.3.(热敏电阻的特性)(2018·如东中学阶段性检测)某温控电路的原理如图6所示，R M是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15℃～27℃的环境中工作.当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备.下列说法中正确的是()图6A.环境温度降低，R M的阻值减小B.环境温度升高，U ab变大C.滑片P向下移动时，U ab变大D.调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度[答案] D[解析]环境温度降低时，R M变大，A错误；环境温度升高，R M减小，U ab变小，B错误；滑片向下移动，回路电流减小，U ab变小，C错误；调节滑片位置能改变临界温度，D正确.4.(霍尔元件的认识及应用)(多选)如图7所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则()图7A.电势φa＞φbB.电势φb＞φaC.仅电流增大时，|φa－φb|增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl溶液时，a、b两点电势高低情况仍然一样[答案]BC[解析]铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向a侧偏转，所以φb＞φa，B正确，A错误；因|φa－φb|＝k IB，d 所以电流增大时，|φa－φb|增大，C正确；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错误.。