2、教材的重點(diǎn)

了解力傳感器-電子秤、聲傳感器-話筒、溫度傳感器-電熨斗等傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理。

1、省教學(xué)要求

(1)了解傳感器應(yīng)用的一般模式

(2)認(rèn)識(shí)力傳感器、聲傳感器、溫度傳感器、光傳感器等，了解它們的工作原理。

(3)列舉傳感器在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。

(4)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置。

6、教學(xué)資源

(1)教材中值得重視的題目

[例1]如圖所示，將萬(wàn)用電表的選擇開(kāi)歐姆表開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的正中間，若往R_t上擦一些酒精表針將向__________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)向R_t吹熱風(fēng)，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)．

解析：若往R_t上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻上溫度降低，阻值變大，指針向左偏(歐姆表最右側(cè)電阻為0，左側(cè)最大)。用電吹風(fēng)吹熱風(fēng)，溫度升高，阻值變小，指針向右偏。

[例2]如圖所示是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器，在導(dǎo)電芯的外面涂上一層絕緣電介質(zhì)，放入導(dǎo)電液體中，導(dǎo)電芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩個(gè)極板，測(cè)出電容的變化就可以知道h的變化情況，試說(shuō)明其原理。

解析：由題意可知，導(dǎo)電芯和導(dǎo)電液體組成的電容器，板間距和介電常數(shù)不能再改變，能改變的就是兩板的正對(duì)面積，電容與正對(duì)面積成正比。如果h上升，相當(dāng)于增大正對(duì)面積，從而導(dǎo)致電容C的增大，因此通過(guò)測(cè)定電容C的增大或減小，便可推知h的增大或減小。

[例3]如圖，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為，式中的比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)。

霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛侖茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，求：

(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)與下側(cè)面A′的電勢(shì)高低情況。

(2)電子所受的洛侖茲力的大小。

(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下側(cè)面之間的電勢(shì)差為U時(shí)，電子所受靜電力的大小。

(4)由靜電力和洛侖茲力平衡的條件證明霍爾系數(shù)為，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。

解析： (1)由左手定則判斷出A的電勢(shì)比A′低.

(2)根據(jù)受力平衡，電子所受的洛倫茲力為：

(3)。

(4)由平衡條件可知：，又因?yàn)椋?sub>，，代入原式可得：。得證。

(2)教材中的思想方法

本節(jié)課依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律組織教學(xué)，引入新課從生活實(shí)例入手，設(shè)置懸念，提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲；在進(jìn)行“什么是傳感器”的教學(xué)中注重實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究中加以歸納，并通過(guò)DISLab系統(tǒng)顯示傳感器的優(yōu)越性，讓學(xué)生了解把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義；在對(duì)光敏電阻、熱敏電阻和熱電阻、霍爾元件這些制作傳感器的元器件教學(xué)中，注重將教師演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。整個(gè)教學(xué)過(guò)程符合新課程的三維目標(biāo)，體現(xiàn)新課程的理念，注意培養(yǎng)學(xué)生的自主、合作、探究能力，注意從生活走向物理，從物理走向生活，以此增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素養(yǎng)。

第二節(jié)　 傳感器的應(yīng)用(一)

5、學(xué)生易錯(cuò)點(diǎn)

學(xué)生在平時(shí)很少感受到傳感器的存在及其所起的作用。．因此，宜采用從具體的事例引導(dǎo)的方法，來(lái)認(rèn)識(shí)什么是傳感器。

霍耳效應(yīng)的原理霍耳電壓的理解和推導(dǎo)。

4、教材的疑點(diǎn)

(1)引入新課

首先，用“永磁體控制小燈泡開(kāi)關(guān)”的實(shí)驗(yàn)引入課題，所使用的干簧管構(gòu)造很簡(jiǎn)單，并且易于由磁化的知識(shí)了解其工作原理，具體內(nèi)容可參閱后面實(shí)驗(yàn)參考資料部分的相關(guān)內(nèi)容。接著，通過(guò)若干事例提出了溫度傳感器的應(yīng)用，還可以由教師和學(xué)生共同舉出能夠接觸到的其他事例。最后，概括出傳感器的一般概念。

傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成的電學(xué)量可以有兩類。一類是模擬量，如電阻、電壓、電流等，便于計(jì)量。光敏電阻就屬于這一類。另一類是開(kāi)關(guān)量，如電路的通與斷，便于實(shí)現(xiàn)控制的功能，干簧管就屬于這一類。

課本圖6.1-3中的溫度傳感器照片，從上到下分別是：開(kāi)關(guān)型熱敏電阻、熱電偶、鉑熱電阻、硅P-N結(jié)集成溫度傳感器。

(2)光敏電阻的教學(xué)

光敏電阻是一種最簡(jiǎn)單的光敏元件，它的價(jià)格低(幾角錢)，不易損壞，適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

用課本圖6.1-5所示的方法做隨堂實(shí)驗(yàn)，可以直接觀察到電阻隨光照的變化，并且能夠讓

學(xué)生再次練習(xí)使用多用電表。有關(guān)使用光敏電阻做傳感器應(yīng)用電路的內(nèi)容將在后面介紹。要將光敏電阻與普通電阻器對(duì)比，突出顯示光敏電阻對(duì)光照的高度敏感性。普通電阻器的導(dǎo)電物質(zhì)是附著在細(xì)瓷棒(或細(xì)瓷管)上的金屬膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。

講解光敏電阻的工作原理，能夠擴(kuò)展學(xué)生關(guān)于物質(zhì)導(dǎo)電性的知識(shí)。除了已學(xué)過(guò)的金屬的自由電子導(dǎo)電和溶液的離子導(dǎo)電外，又認(rèn)識(shí)了半導(dǎo)體依靠載流子導(dǎo)電的機(jī)理。在課本“科學(xué)漫步”欄目中，對(duì)這種導(dǎo)電機(jī)理做了淺顯的解釋，學(xué)生有所領(lǐng)會(huì)即可，不要求掌握。

(3)熱敏電阻和熱電阻的教學(xué)

熱敏電阻是一種最簡(jiǎn)單的對(duì)溫度敏感的元件(溫敏元件)，是由半導(dǎo)體材料制成的，教師可參閱后文實(shí)驗(yàn)參考資料部分的相關(guān)內(nèi)容。課本圖6.1-7是將一種典型的金屬熱電阻與負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻對(duì)比的定性的圖線。

學(xué)生要做好課本58頁(yè)上所述的隨堂實(shí)驗(yàn)。其中可使用低價(jià)位(幾角錢)的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，產(chǎn)品型號(hào)為MF-11，其外形為直徑5-10 mm的小圓片狀，表面涂綠色漆層，有兩根銅絲引腳，選購(gòu)標(biāo)稱阻值(即常溫20℃時(shí)阻值)為幾百歐的較為適用。

本節(jié)后面的“說(shuō)一說(shuō)”欄目是供學(xué)生討論的，課本圖6.1-8是原理圖。它要用到已學(xué)過(guò)的有關(guān)介質(zhì)影響電容器電容和電容器并聯(lián)等方面的知識(shí)。至于檢測(cè)電容的變化，可以有不同的方法。例如，使用數(shù)字式電容表(許多型號(hào)的數(shù)字式多用電表附有此功能)，或者將圖中的電容器與某個(gè)電感線圈組成電磁振蕩回路，從振蕩頻率的變化反映出電容的變化。

(4)霍爾元件的教學(xué)

學(xué)生在課本《物理選修3-1》的“課題研究”中對(duì)霍爾效應(yīng)略有了解。本小節(jié)在此基礎(chǔ)上介紹具有磁敏作用的半導(dǎo)體霍爾元件。

如果能夠得到課本圖6.1-10所示的霍爾元件，最好把課本59頁(yè)“做一做’欄目所述的演示實(shí)驗(yàn)做一下。實(shí)驗(yàn)方法可參閱后文“實(shí)驗(yàn)參考資料”相關(guān)的內(nèi)容。

3、教材的難點(diǎn)

從上世紀(jì)八十年代起，國(guó)際上出現(xiàn)了“傳感器熱”，傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展中有著十分重要的地位。新課程標(biāo)準(zhǔn)緊扣時(shí)代脈搏，對(duì)傳感器教學(xué)提出明確要求。本課的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，了解什么是傳感器，傳感器是如何將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的，傳感器在生產(chǎn)、生活中有哪些具體應(yīng)用，為學(xué)生利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自控裝置作一鋪墊。教學(xué)時(shí)力避深?yuàn)W的理論，側(cè)重于聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生感受傳感器的巨大作用，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的情感和崇尚科學(xué)的精神。

2、教材的重點(diǎn)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時(shí)，經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識(shí)。

1、省教學(xué)教學(xué)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)傳感器，體會(huì)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量好處。

觀察光敏電阻、熱敏電阻和金屬熱電阻、霍爾元件等多種傳感器實(shí)物，了解傳感器的用途。

6、教材資源

(1)教材中值得重視的題目

[例1]在電能輸送過(guò)程中，若輸送的電功率一定，則在輸電線上損耗的功率(　　 )

A. 隨輸電線電阻的增大而增大

B. 和輸送電壓的平方成正比

C. 和輸送電線上電壓降的平方成正比

D. 和輸電線上電流強(qiáng)度的平方成正比

E. 　和輸送電壓的平方成反比.

[例2]某電源給用戶輸送電功率為P，輸電導(dǎo)線的總電阻為R， 輸電線上損失的功率是P'，則輸電線上的電壓降為_(kāi)__________，電源的端電壓為_(kāi)________.

注意：計(jì)算遠(yuǎn)距離送電有關(guān)線路損耗功率問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意不同公式中各物理量的對(duì)應(yīng)性�！� 例如P_耗＝I²R_線公式改為P_耗＝U²／R_線時(shí)，電壓U指什么電壓才無(wú)誤？用升壓變壓器副線圈電壓、或用降壓變壓器原線圈電壓都是錯(cuò)誤的，必須對(duì)應(yīng)加在導(dǎo)線兩端損耗的電壓。

同理，P＝I²R的電流不能用升壓變壓器原線圈或降壓變壓器副線圈中的電流I₁、I₃，只能用通過(guò)輸電導(dǎo)線上的電流。

[例3]一臺(tái)發(fā)電機(jī)端電壓為5000V，輸出功率10⁴kW，向400km外的用戶輸電，輸電線的電阻率ρ＝1.7×10^-8Ω/m，橫截面積S＝0.85cm²，輸電導(dǎo)線上的電功率損失要求不超過(guò)輸出功率的4%，則在輸電時(shí)，電壓應(yīng)升高到多少伏?所用的升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少?

(2)教材中的思想方法是什么？

對(duì)比教學(xué)法：

對(duì)比1：

設(shè)計(jì)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比：

當(dāng)?shù)蛪弘娫粗苯舆B接輸電線、輸電線直接連接燈泡時(shí)，燈泡D2很暗．用電壓表測(cè)量燈D2兩端的電壓值，只有1.4V；

當(dāng)通過(guò)升壓變壓器升壓，再經(jīng)過(guò)降壓變壓器降壓時(shí)，輸電線上損耗大為減少，燈泡D2亮．表明改用高壓輸電后能量損失減少。

對(duì)比2：

對(duì)電路圖給出具體數(shù)值：變壓器匝數(shù)比、輸電線電阻、電源輸出電壓和輸出功率等，讓同學(xué)計(jì)算一下圖中兩種不同電路輸送電能的損失各是多少．在理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上再加具體計(jì)算，更能給學(xué)生留下深刻印象，能使學(xué)生學(xué)到分析、解決實(shí)際問(wèn)題的兩種基本方法：理論分析、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)．

第六章　 傳感器

第一節(jié)　 傳感器及其工作原理

5、學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)

學(xué)生容易將導(dǎo)線上的電壓損失與輸電電壓混淆起來(lái)，甚至進(jìn)而得出錯(cuò)誤結(jié)論�？舍槍�(duì)教材中“問(wèn)題與解答”中第2題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，澄清認(rèn)識(shí)。