传感器及其工作原理
一、教学目标
1.知识与技能：
（1）知道什么是传感器，知道非电学量转化为电学量的技术意义。
（2）了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工作原理。
2.过程方法：
通过对实验的观察、思考和探究，让学生在了解传感器、熟悉传感器工作原理的同时，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：
通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，描绘“电阻—温度”曲线，让学生养成实事求是的科学精神。
二、教学设计
【导入新课】
1.我们学校教学楼的B区男厕所中的小便池，当有人走近时就开始冲水，人走开了又冲水；我们学校的楼梯间的电灯，到了晚上，有人走过时，灯就亮了，白天就不管有没有人走过，灯都不亮。
2.设问:这两个生活现象的共同点是什么?
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?
【生】学生积极思考,要求每位学生能在生活中列举出两个"自动控制"的实例,并回答交流.
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.
【引入课题】传感器及其工作原理
【新课教学】
1. 传感器概念的建立
（1）教师展示几个传感器的实物或图片：
【生】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)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
【生】让学生拆开盒子，找出特殊元件——干簧管。
实验二:光敏电阻实验
【生】学生思考两个问题：
①万用电表的欧姆挡的刻度盘最左和最右端是什么刻度？②用简洁的物理语言描述你所观察到的实验现象。
实验三:热敏电阻(负温度系数)实验
【生】学生观察并思考，该实验的现象是什么？
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?
【生】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（如上图所示），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。
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?
【生】引导学生阅读课本，并回答传感器是怎样的元件。
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）
（1） 干簧管
课本：
设问：
① 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？
【生】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。
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
课本：
设问：
【生】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。
② 阅读课本“科学漫步”，请你分析半导体导电的机理是什么？
【生】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。
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？
l 实验探究：“电阻——温度”特性图线
l 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”。
l 数据记录：
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温度 |
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热敏电阻 |
||||
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金属热电阻 |
【生】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。
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）。
l 数据处理：
【生】请一位同学根据数据在坐标轴上描出点，画出图线。
l 图象分析：
① 当温度升高时，这两种电阻将发生怎样的变化？
② 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？
【生】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。
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。
【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。
【板书设计】
传感器及其工作原理
一、 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。
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