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传感器及其工作原理

【教学设计说明】

本章的教学特点是定性研究一些原理，不做定量的计算。本节教学的关键是多举些例子和多做些实验，不要求展开。首先，通过观察一些现象和常见的事例，了解什么是传感器，知道传感器是如何将非电学量转换成电学量的，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。为传感器的应用打下基础。

?教学目标

（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与意义。

（2） 介绍三种敏感元件：光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件，通过实验知道它们的性能，了解它们的工作原理，感悟基础知识学习和应用的重要性。

（3） 通过比较金属热电阻和热敏电阻的R-T图线，讨论两种材料制成的温度传感器在使用功能上各有什么优缺点，渗透传感器的应用上也遵循具体问题具体分析的哲学思想。

（4） 知道非电学量转换成电学量的技术意义，进一步拓展学生的思维，进一步探讨科技发展给人类带来的利弊。

?教学重点

（1） 知道非电学量转换成电学量的技术意义；

（2） 通过实验，知道常见传感器的工作原理；

?教学难点

传感器的工作原理，传感器的实际应用。

【教学过程】

（一）体验生活和技术的方法引入课题

背景：课前让学生收集家庭中所能找到的传感器，初步了解它们的特点。如可以收集

电饭煲、电熨斗、冰箱、各种遥控器、手机等的说明书，阅读说明并对它们的使用及原理有一个初步的认识。

提出问题：今天我们生活中有哪些设备使用了传感器？

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？

展示技术资料：飞机驾驶员在飞行时要知道“飞行状态”的有关信息，包括飞行参数：

迎仰角、侧滑角、空速、高度、气温、航向、角速度、加速度等；发动机参数：温度、压力、压差、流量、湍振、角位置、角位移、线位移、发动机转速、推力、金属屑末、火焰等；燃烧参数：温度、压力、油位、油量、密度、介电常数、流量、结冰状态、烟雾等。

航天飞机在执行飞行任务时，约需监测3250个信号；试飞研究时约需监测2750个缓变信号，几百个速变信号。这说明现代飞行器上需要监测的参数多而且广。其大致分为7大类：飞行参数；导航参数；运载火箭和飞机的发动机参数；座舱环境参数；航行员生理参数；航行员生活用品供应系统参数等；飞行器结构参数。对这些参数，必须要通过相应的传感器进行测量；也可以收集火星探测器的视频，增强学生感性的认识。通过学生事先的准备，可以让他们有一个初步的体会，了解通过传感器可以实现对被测对象（被测目标）的测量，在此基础上进行分析、反馈（监控、处理，从而掌握被测对象的运行状态与趋势。

提出问题：驾驶员是如何来获得上述各种参数的信息呢？

航天飞机、人造卫星或火星探测器等在执行任务时需要监测许多信号，这些信号是如何获得呢？

展示技术资料：要获取这些信息都需要用到传感器。

（二）新课教学

（1）什么是传感器

感知敏感元件和传感器

实验1：如图6-1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。

问题：盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？

猜测：盒子里有弹性铁质开关。

探究：打开盒子，用实物投影仪展示盒内的电路图（图

6-2）,了解“干簧管”元件的结构。当磁体靠近干簧管时，两

个由软磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，电路导通，干簧管起到了开关的作用。

拓展：这个装置反过来还可以让我们通过灯泡的发光情况，感知干簧管周围是否存在着

磁场。

实验2：教师出示一只音乐茶杯，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。

问题：音乐茶杯的工作开关在哪里？开启的条件是什么？

猜测：在茶杯底部，所受压力发生改变，或者是由于光照强度的改变。

探究：提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。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。

总结：现代技术中，我们可以利用一些元件设计电路，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。我们把这种设备元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

问题：实验1中的“干簧管”是怎样的敏感元件？实验2中的音乐茶杯所用的元件又是怎样的敏感元件？（干簧管是一个能感受磁场的敏感元件，音乐茶杯中所用的元件是能感受光照强度的敏感元件。）

从生活中认识敏感元件，体验传感器的结构模式

背景：传感器离