第四节 传感器的应用实验教案

可编辑修改精选全文完整版2021人教版选修《传感器的应用》word 教案【教学目标】1．知识与技能：（1）、明白得温度传感器的应用――电饭锅的工作原理。

（2）、明白得温度传感器的应用――测温仪的工作原理。

(3)、明白得光电传感器的应用――鼠标器的工作原理（4）、明白得光电传感器的应用――火灾报警器的工作原理。

2．过程与方法：（1）通过对电饭锅的构造和原理的探究以及测温仪的了解，进一步地深入认识温度传感器的应用（2）通过对鼠标器以及火灾报警器的原理的探究，认识光传感器的应用。

3．情感、态度与价值观培养学生的学习爱好，激发制造的欲望。

【教学重点】：温度、光传感器的应用原理及结构。

【教学难点】：温度、光传感器的应用原理及结构。

【教学方法】：PPT 课件，演示实验，讲授【教学用具】：电饭锅，鼠标器，烟雾式火灾报警器【教学过程】一、引入新课上节课我们学习了力传感器、温度传感器、声音传感器及其工作原理。

请大伙儿回忆一下我们学了哪些具体的力、温度、声音传感器？学生摸索后回答：电子秤，动圈式话筒，电容式话筒，驻极体话筒，电熨斗，他们差不多上传感器。

这节课我们连续来学习一些传感器的应用二、进行新课1、温度传感器——电饭锅电饭锅的要紧部件铁氧体，它的特点是常温下，具有铁氧体，能够被磁铁吸引，然而温度上升到约为103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。

我们把103℃就叫做该材料的居里温度或居里点。

手动开关接线螺丝 触点 永磁铁 电热板 内胆底转轴 感温铁氧体师：阅读教材开头几段，然后合上书。

问题：取一块电饭锅用的感温铁氧体，使它与一小块的永磁体吸在一起，用功率较大的电烙铁给铁氧体加热，通过一段时刻后会发生什么现象？生：随着温度的升高，铁氧体逐步失去磁性，当温度升高到103℃以上时，铁氧体完全失去磁性，不吸引任何物体了摸索与讨论：（1）开始煮饭时什么缘故要压下开关按钮？手松开后那个按钮是否会复原到图示的状态？什么缘故？（2）煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？什么缘故？（3）饭熟后，水分被大米吸取，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？（4）假如用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？生1：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再复原到图示状态。

传感器的应用教学目标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。

教具：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。

教学过程：导入新课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。

传感器的应用实验教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解常见传感器的种类及其工作原理；（2）学会使用传感器进行数据采集和分析；（3）能够设计简单的传感器应用实验。

2. 过程与方法：（1）通过实验探究，培养学生动手操作能力和团队协作能力；（2）运用科学方法，分析实验现象，提高问题解决能力。

3. 情感态度价值观：（1）培养学生对科学的兴趣和探究精神；（2）增强学生对传感器的认识，提高在生活中应用传感器解决问题的意识。

二、教学内容1. 传感器概述：（1）介绍传感器的定义、作用和分类；（2）讲解传感器的基本原理及其在生产、生活中的应用。

2. 常见传感器简介：（1）温度传感器；（2）湿度传感器；（3）光传感器；（4）压力传感器；（5）流量传感器。

3. 传感器实验装置及操作：（1）介绍实验装置的组成及功能；（2）演示传感器的基本操作方法；（3）引导学生进行实验操作，掌握传感器使用技巧。

三、教学过程1. 导入新课：（1）通过生活中的实例，引出传感器的话题；（2）激发学生兴趣，引导学生思考传感器在生活中的作用。

2. 讲解传感器相关知识：（1）介绍传感器的定义、作用和分类；（2）讲解传感器的基本原理及其在生产、生活中的应用。

3. 演示传感器实验：（1）演示温度传感器的实验操作；（2）演示湿度传感器的实验操作；（3）演示光传感器的实验操作；（4）演示压力传感器的实验操作；（5）演示流量传感器的实验操作。

4. 学生动手实验：（1）学生分组，每组选择一个传感器进行实验；（2）引导学生根据实验要求，进行数据采集和分析；（3）指导学生观察实验现象，培养学生总结归纳能力。

四、教学评价1. 学生对传感器的基本概念、原理和应用的理解程度；2. 学生动手操作传感器实验的能力；3. 学生对实验现象的观察、分析和总结能力。

五、教学资源1. 传感器实验装置；2. 传感器相关教材、资料；3. 计算机、投影仪等教学设备。

六、教学策略1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动探究传感器的工作原理和应用场景。

传感器的应用●课标要求1．通过实验，知道常见传感器的工作原理．2．列举传感器在生活和生产中的应用．●课标解读1．了解传感器应用的一般模式．2．了解力传感器在电子秤上的应用．3．了解温度传感器在电熨斗、电饭锅上的应用．4．了解光敏元件的工作特性及其在火灾报警器中的应用．5．感受传感器技术给人类生活带来的便利，拓展学生的设计思路．●教学地位本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它与现实生活联系较紧密，是以后进一步学习自动控制、信息采集等知识的基础，学习本节时应引起足够的重视.●新课导入建议2011年第十二届“未来伙伴杯”中国智能机器人大赛于2011年11月19日至20日落户国家历史文化名城——江苏省常熟市．各种机器人各显神通，赢得了在场观众的阵阵喝彩．你是否思考过这些机器人是如何实现现场互动以及完成各项复杂任务的呢？通过本节课的学习，你对传感器会有更进一步的理解．●教学流程设计课前预习安排：1．看教材2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)⇒步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)⇓步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)⇐步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：教师通过例题讲解总结传感器问题的分析方法⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】传感器放大转换电路执行机构计算机系统显示器(指针式电表 数字屏)1.(1)力传感器的应用——电子秤①组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片． ②工作原理 金属梁自由端受力F ―→梁发生弯曲―→应变片的 电阻变化―→ 两应变片上电压 的差值变化③作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量． (2)温度传感器的应用实例从而控制电路的通断电饭锅感温铁氧体①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103_°C时，失去铁磁性，这一温度称为“居里温度”②自动断电原理：用手按下开关通电加热，开始煮饭，当锅内加热温度达到103_°C时，铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开(3)光传感器的应用——火灾报警器(如图6－2－1甲)①组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．②工作原理(如图6－2－1乙)：平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．图6－2－12．思考判断(1)应变式力传感器可以用来测量重力．也可用来测牵引力．(√)(2)常温下，电熨斗上、下触点应当是分离的，温度过高时，触点接触．(×)(3)电饭锅内温度达到100 ℃时，触点分离，切断电源，停止加热．(×)3．探究交流如图6－2－2所示为一冷库中的自动控温设备，容器中是导电液体，其液面与两个电极刚刚接触，试探究分析其自动控温原理．图6－2－2【提示】冷库中温度较低时，导电液体积较小，此时两电极未与导电液接触，制冷机不工作，当冷库中温度升高，致使导电液受热膨胀，体积增大，液面升高，当液面与两电极接触时，电路接通，制冷机开始工作，冷库温度降低，导电液温度降低，液面下降，当液面与电极分离时，电路断开，制冷机停止工作.传感器问题分析【问题导思】1．分析传感器问题的一般思路是什么？2．分析传感器问题时要注意哪些方面？1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集．(2)信息加工、放大、传输．(3)利用所获得的信息执行某种操作．2．分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．图6－2－3传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)转换成电学量的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人体重的电子秤，其测量部分的原理图如图6－2－3中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力的大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示．压力F/N025******* 1 000 1 250 1 500…电阻R/Ω300270240210180150120…设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请回答：(1)把R写成关于F的函数关系：________；(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处；(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是________kg.【解析】(1)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可得R＝300－325F.(2)踏板空载时，传感器R的电阻为300 Ω，电路中电流I＝E/R＝4.8/300 A＝1.6×10－2A，即该秤零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的1.6×10－2A处．(3)当电流表刻度盘的示数为20 mA时，传感器R的电阻R＝E/I＝4.8/0.02 Ω＝240 Ω，由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可知，传感器所受压力F＝500 N，由F＝mg得，这个人的质量是50 kg.【答案】(1)R＝300－325F(2)1.6×10－2(3)501.图6－2－4如图6－2－4所示．两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别是( )A ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgdqB ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgdqC ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgdqD ．正在增加，ΔΦΔt ＝mgdnq【解析】 S 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B 正在增强，根据法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt ＝U ，又U d q ＝mg ，得ΔΦΔt ＝mgd nq，故D 正确． 【答案】 D1．你能举出一些生活、生产等方面应用传感器的例子吗？ 2．怎样利用传感器实现信息采集和自动控制？ 1．生活中的传感器(1)与温度控制相关的家用电器：电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等，都用到温度传感器．(2)红外传感器：自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等．(3)照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等． 2．农业生产中的传感器(1)湿度传感器：判断农田的水分蒸发情况，自动供水或停水．(2)温度传感器和湿度传感器，可对上百个点进行温度和湿度监测．由于有了十分先进可靠的测试技术，有效地减少了霉变现象．3．工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化．用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统，代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作．各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态，以确保产品质量，提高效率和产量，节约原材料等．(2)在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．4．飞向太空的传感器在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用．这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用．在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．如图6－2－5是电饭煲的电路图，S 1是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 °C)时，会自动断开，且不能自动闭合．S 2是一个双金属片自动控温开关，当温度低于70 °C 时，会自动闭合；温度高于80 °C 时，会自动断开．红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻R 1＝R 2＝500 Ω，加热电阻丝R 3＝50 Ω，两灯电阻不计．图6－2－5(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比； (3)如果不闭合开关S 1，能将饭煮熟吗？ 【审题指导】【解析】 (1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80 °C 时，S 2自动断开，S 1仍闭合．水烧开后，温度升高至103 °C 时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70 °C 时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80 °C 时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．(2)加热时电饭煲消耗的电功率P 1＝U 2R 并保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50 Ω＝50011 Ω从而有P 1P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋500/11500/11＝121.(3)如果不闭合开关S 1，开始S 2总是闭合的，R 1被短路，功率为P 1，当温度上升到80 °C 时，S 2自动断开，功率降为P 2，温度降低到70 °C ，S 2自动闭合……温度只能在70 °C ～80 °C 之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．【答案】 (1)见解析 (2)12∶1 (3)不能煮熟饭1．明确所用敏感元件的特性．2．注意串、并联电路的分析与计算．图6－2－62．家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图6－2－6所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是() A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变【解析】从图线上可以看出，如果通电前PTC元件的温度t<t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高．从以上分析可知，t<t1时，温度会升高；t>t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间．【答案】AD综合解题方略——有关热敏电阻的综合问题如图6－2－7所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，R t为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压U ab≤0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a 、b 端电压U ab >0时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )甲 乙图6－2－7A ．10 ℃B ．20 ℃C ．35 ℃D ．45 ℃【审题指导】 由题可知，U ab ＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得U ab ＝0时R t 的阻值，然后由乙图读出对应的温度．【规范解答】 通过审题可知U ab ＝0是一个电压的临界点，对应着开关S 的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路分析可知，在R 1、R 2、R 3给定的条件下，热敏电阻R t 的阻值决定了U ab 的正负．设电源负极的电势为零，则φa ＝R 2R 1＋R 2U ，φb ＝R tR 3＋R t U ，其中U 为电源的路端电压，令φa ＝φb ，即U ab ＝0，则可得R 2R 1＝R tR 3，代入数据得R t ＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故本题选项C 正确．【答案】 C。