物理选修34 实验：传感器的应用教案

这是一份物理选修34 实验：传感器的应用教案，共4页。
6．2 传感器的应用 （一）


教学目标


（一）知识与技能


1．了解力传感器在电子秤上的应用。


2．了解声传感器在话筒上的应用。


3．了解温度传感器在电熨斗上的应用。


（二）过程与方法


通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。


（三）情感、态度与价值观


在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。


教学重点、难点


重点


各种传感器的应用原理及结构。


难点


各种传感器的应用原理及结构。


教学方法


实验法、观察法、讨论法。


教学手段


驻极体话筒的工作电路示教板，示波器，学生电源，电熨斗，日光灯起动器（若干）


教学过程


（一）引入新课


传感器是能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路通断的一类元件。请大家回忆一下光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件各是把什么物理量转化为电学量的元件？


光敏电阻将光学量转化为电阻这个电学量。热敏电阻将温度这个热学量转化为电阻这个电学量。霍尔元件把磁感应强度这个磁学量转化为电压这个电学量。


这节课我们来学习传感器的应用。


（二）进行新课


1、传感器应用的一般模式


阅读教材并在练习本上画出传感器应用的一般模式示意图。





下面学习几个传感器应用的实例。


2．力传感器的应用——电子秤


阅读教材61页最后一段，思考并回答问题。


（1）电子秤使用的测力装置是什么？它是由什么元件组成的？


（2）简述力传感器的工作原理。


（3）应变片能够把什么力学量转化为什么电学量？


总结点评，结合板画强调讲解应变片测力原理（如图所示）。


应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量。


3．声传感器的应用——话筒


阅读教材62页有关内容，思考并回答问题。


（1）话筒的作用是什么？


（2）说明动圈式话筒的工作原理和工作过程。


（3）说明电容式话筒的工作原理和工作过程。这种话筒的优点是什么？


（4）驻极体话筒的工作原理是什么？有何优点？


1、话筒的作用是把声音信号转化为电信号。


2、动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象。膜片接收到声波后引起振动，连接在膜片上的线圈随着一起振动，线圈在永磁体的磁场里振动从而产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，振幅和频率的变化都由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。


3、电容式话筒的工作原理：利用电容器充放电形成的充放电电流。薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压．


优点：保真度好。


4、驻极体话筒的原理同电容式话筒，只是其内部感受声波的是驻极体塑料薄膜．优点：体积小，重量轻，价格便宜，灵敏度高，工作电压低。


驻极体话筒利用了电介质的极化现象：将电介质放入电场中，在前后两个表面上会分别出现正电荷与负电荷的现象．某些电介质在电场中被极化后，去掉外加电场，仍然会长期保持被极化的状态，这种材料称为驻极体．





现象：不同的声波信号，荧光屏上显示的波形不同。说明话筒产生的电信号是由接收到的声波控制的。


3．温度传感器的应用——电熨斗


温度传感器是应用最广泛的传感器之一，它能把温度的高低转变成电信号，通常是利用物体的某一物理性质随温度的变化而改变的特性制成的．电熨斗就是靠温度传感器来控制温度的。





做实验，观察实验现象。


电熨斗就装有双金属片温度传感器。这种传感器的作用是控制电路的通断。


投影：电熨斗结构图（如图所示）





思考与讨论：


（1）常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？


（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？


（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．


（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．


（三）课堂总结、点评


本节课主要学习了以下几个问题：


力传感器的应用——电子秤


传感器的应用 声传感器的应用——话筒


温度传感器的应用——电熨斗


力传感器是把力信号转换成电信号；声传感器是把声音信号转换为电信号，而温度传感器往往是用来进行自动控制．


（四）实例探究


力传感器的应用


【例1】用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 m／s2）．


（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向．


（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．























温度传感器的应用


【例2】 在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC 元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是（ ）


①通电后，其电功率先增大，后减小 ②通电后，其电功率先减小，后增大 ③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变 ④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变


A．①③ B．②③ C．②④ D．①④