《传感器》教学设计.docx

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《传感器》教学设计

《传感器》教学设计

纪孟嘉

北京市物理学科教学设计评比一等奖

《传感器》教学设计

北京市平谷中学纪孟嘉

一、设计思路

新课程强调对传感器教学应侧重从技术应用的角度展示物理，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。

本课的教学思路是通过创设问题情境，引发对传感器工作原理的探究，进入新课教学。

整节课以实验贯穿始终，通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是光电传感器、温度传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，并抓住这一共性原理特征。

但由于学生思维能力发展上的不成熟性，还不能成为完全独立的探究主体等特点，本节课的实验探究过程是在教师引导和启发下，学生独立思考、主动探索的过程。

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。

二、教学目标

1.知识与技能：

（1）知道什么是传感器。

（2）知道非电学量转化为电学量的技术意义；

（3）了解干簧管、光敏电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。

2.过程与方法：

（1）通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。

（2）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。

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，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识视野，并加强物理与STS的联系。

（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

实验探究干簧管、光敏电阻及热敏电阻的特性，理解传感器是如何将非电学量转变为电学量的。

四、教学难点

传感器的工作原理和特性

五、教学资源

（1）实验器材：

干簧管、光敏电阻、热敏电阻（负温度系数）、金属热电阻（取日光灯灯头处的钨丝），万用表、磁铁、电源、小灯泡、导线、温度计、烧杯、铁架台、酒精灯等。

（2）课件：

各视频或图片资源。

六、教学过程

教师活动

学生活动

点评

【引入新课】

1.播放"智能机器人躲避障碍"和"战争中无人驾驶坦克作战"录像.

2.设问:

这两个实例的共同点是什么?

总结:

这两个现象告诉我们，人不必直接接触就可以实现自动控制.

3.设问:

你能列举出生活中与此相类似的现象吗?

总结:

遥控电视、光（声）控灯、各种报警器、电饭煲……

4.设疑:

想知道自动控制的道理吗?

让我们来共同学习传感器的知识.

传感器及其工作原理

1.观看并比较两个录像片段,从中找出它们的共同点.学生先个人独立思考,然后小组交流.

2.学生积极思考,要求每位学生至少能在生活中列举出两个"自动控制"的实例,并回答交流.

从学生熟悉的生活实例导入新课，容易激发学生学习兴趣，引起求知欲望。

学生列举类似实例，可以让学生知道物理就在我们身边。

【新课教学】

传感器概念的建立

（1）教师展示几个传感器的实物或图片：

（2）教师演示三个实验，由此建立传感器的概念。

实验一:

干簧管实验

如图所示，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。

教师提问：

盒子里有怎样的装置，才能实现这样的控制？

实验二:

光敏电阻实验

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。

教师提问：

音乐茶杯的工作开关又在哪里？

开启的条件是什么？

学生猜测：

在茶杯底部，所受压力发生改变。

实验探究：

提起茶杯，用手压杯的底部，音乐并没有停止。

学生猜测：

是由于光照强度的改变。

实验探究：

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。

实验三:

热敏电阻（负温度系数）热敏电阻实验

改变烧杯中水的温度，观察欧姆表指针的偏转情况。

设问:

上面三个实验中,每个实验现象是什么?

这些元件的有什么特性?

干簧管

总结:

电路通断

磁场

光敏电阻

电阻变化

光照

热敏电阻

温度

电阻变化

温度

传感器

电学物理量或电路的通断

非电学物理量

指出：

上面这些元件就是传感器元件。

设问:

怎样的元件叫做传感器?

总结:

现代技术中,传感器是指这样的一类元件:

它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学物理量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学物理量，或转换为电路的通断。

设问：

将非电学物理量转换为电学物理量有什么技术意义呢？

总结：

可以很方便地测量、传输、处理和控制。

2.常见传感器及其工作原理

（一）

干簧管

投影：

设问：

仔细观察干簧管，它是怎样的结构？

②为什么干簧管在电路中能起到开关的作用？

③干簧管实际上是一种能感知什么量的传感器？

总结：

传感器的结构是在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。

干簧管实际上是一种能感知磁场的传感器。

（2）光敏电阻

投影：

设问：

①仔细观察光敏电阻，结合课本相关内容，请说出光敏电阻是怎样制成的？

②阅读课本“科学漫步”，请你分析半导体导电的机理是什么？

（教师同时播放“金属和半导体导电机理”课件，配合学生理解）

③光敏电阻在被光照射时电阻为什么会发生变化？

（教师配合实验提问）

④光敏电阻是将哪个非电学量转化为哪个电学量的元件？

总结：

把硫化镉等一些半导体材料涂敷在绝缘板上，在其表面上再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制成了一个光敏电阻。

实验说明，光敏电阻在暗环境中电阻很大，在强光照射下电阻很小。

发生这样变化的原因在于，半导体在不同的光照下的载流子数目不同，从而使其导电性能发生变化，或者说其电阻发生了变化。

光敏电阻能够将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

（3）热敏电阻和金属热电阻

教师出示：

热敏电阻（负温度系数）和金属热电阻（取日光灯两端的钨丝），同时说明前者材料是半导体后者是金属。

设问：

当温度发生变化时，这两种电阻的导电性能（或电阻）将会发生怎样的变化呢？

实验探究：

“电阻——温度”特性图线

实验装置：

操作要求：

注意欧姆表倍率的选择，建议热敏电阻选“×K”，金属热电阻选“×10”。

数据记录：

温度

热敏电阻

金属热电阻

数据处理：

用Excel处理表格中的数据，绘出电阻——温度特性图线：

R

T

图象分析：

当温度升高时，这两种电阻将发生怎样的变化？

如果变化相同的温度，你会发现这两种电阻哪个将明显的变化？

总结：

实验现象表明，但温度升高时，金属热电阻的电阻变大，热敏电阻的电阻变小（需要向学生说明的是，有些热敏电阻的电阻随温度的变化还是存在比较复杂的关系）。

并且，热敏电阻的电阻随温度的变化是非常明显的。

根据这样的特性，如果用这两种元件做温度传感器，热敏电阻具有较好的灵敏度，但其测温范围小，稳定性较差。

设问：

热敏电阻是将怎样的非电学物理量转换为电学物理量的？

总结：

热敏电阻或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。

学生观察教师出示的传感器实物或图片，认识其外形和结构。

2．让学生拆开盒子，找出特殊元件——干簧管。

3．学生思考、猜测：

可能的结论是：

在茶杯底部，所受压力发生改变。

论证猜测是否正确，找到正确结论。

4．学生观察并思考，该实验的现象是什么？

5．学生对照三个演示实验，分别说出每个实验的现象，教师逐一板书（如左边所示），同时组织学生将这三个实验对比起来，最终归纳并抽象出这些元件的本质特性。

6．引导学生阅读课本，并回答传感器是怎样的元件。

7．学生结合演示实验一的现象，同时结合图片和实物相互讨论分析干簧管的工作原理。

8．学生结合演示实验二的现象，同时结合图片和实物相互讨论分析光敏电阻的特性。

9．引导学生观察课件，搞清金属和半导体的导电机理。

建立载流子的概念。

10．学生观察并记录不同温度下的两个欧姆表的读数，并记录在表格中。

（实验时将两个多用电表放在实物投影仪上，学生看屏幕上多用电表指针所指的刻度）

同时请三位同学到讲台前，让一个同学观察温度计的示数，让另外两个同学各读一个表的读数，并且与全班同学统一好各温度下的表的读数）。

11．请一位同学将实验数据输入到Excel的表格中，并插入图表，显示出R-T图象。

12．组织学生相互讨论图象给我们的信息，并能用简洁的语言表达出来。

通过实物或图片，以增强学生的感性认识。

把电路设计在暗盒里，更能激发学生的好奇心，引起学习的兴趣。

从这三个实验中让学生归纳总结得出这些元件的特性，有助于学生建立传感器的概念，在大量实验事实中建立物理概念，学生就不觉得概念抽象，同时遵循了物理概念建立的一般原则。

（即概念是存在于一定的物理背景中的）

培养学生读书的习惯，看课本的过程实际上就是培养学生收集信息、分析信息和处理信息的过程。

以“问题串”的形式培养学生科学的思维方法。

给予学生探究问题的思路。

用课件动画的形式，把难以展示给学生的物理模型形象化，便于学生理解。

让几个同学配合实验，目的是培养学生合作的能力。

让全班同学一起读投影上的表的读数，目的是让学生有一个实事求是的科学态度。

培养学生科学探究的能力。

用图象反映物理规律具有形象直观的优点。

【新课小结】

本节课主要介绍了干簧管、光敏电阻、热敏电阻（负温度系数）和金属热电阻的原理及其特性，这类元件或者将非电学物理量转换为电学物理量，或者实现对电路的通断作用，在生产生活中是有着广泛的实际技术意义的。

【目标评价】

组织学生讨论实际生活中的家用电器都应用了哪些传感器

学生讨论、展示

设计题目时布置一些要求学生上网查阅相关资料的内容。

【作业】

利用热敏电阻设计一个简易的火警报警器。

以小组为单位，共同构思，合作完成。

【板书设计】

传感器及其工作原理

传感器概念

是指将非电学物理量转换为电学物理量或实现电路通断的元件。

二、常见传感器元件的工作原理或特性

（一）

1．干簧管：

感知磁场的元件，实现电路的通断。

2．光敏电阻：

将光学量转换为电学量的元件。

3．热敏电阻和金属热电阻：

将热学量转换为电学量的元件。

七、教学反思

1、本节课依据学生的认知规律组织教学，引入新课从生活实例入手，设置悬念，提出问题，激发学生兴趣，增强学生的求知欲；在进行“什么是传感器”的教学中注重实验探究，引导学生从三个实验的探究中加以归纳，让学生了解把非电学量转化为电学量的技术意义；在对光敏电阻、热敏电阻和干簧管这些制作传感器的元器件教学中，注重将教师演示实验与学生动手实验相结合，注重理论与实践相结合。

整个教学过程符合新课程的三维目标，体现新课程的理念，注意培养学生的自主、合作、探究能力，注意从生活走向物理，从物理走向生活，以此增进学生的学习能力和科学素养。

2、在探究“电阻-温度”特性图线的实验中，由于水导电，使得实验存在着误差，如换成不导电的液体（如油）可能要好一点。