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视频标签：传感器,及其工作原理
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视频课题：高中物理人教版选修3-2-6.1传感器及其工作原理-浙江省 - 宁波
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高中物理人教版选修3-2-6.1传感器及其工作原理-浙江省 - 宁波
传感器——机械感知世界的感官
人教版 选修《3-2》第6章
教学目标：
1．知识与技能
（1）知道什么是传感器；
（2）了解光敏电阻、热敏电阻、干簧管的工作原理；
（3）会尝试利用材料或元件的特性研发传感器。
2．过程与方法：通过实验，知道常见传感器的工作原理。
3．情感态度与价值观：在实验中通过设计、组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学生兴趣，培养良好的科学态度。并对传感器中的应用激发科学探究的兴趣。
教学重点：认识各种常见的传感器；了解光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理，能有传感器研发的基础观念。
教学难点：光敏电阻、热敏电阻、霍尔元件的工作原理。
教学方法：实验法、观察法、逻辑法、归纳法。
教 具：磁铁、干簧管、各种常见传感器、光敏电阻、热敏电阻、多用电表、电流计、数字计数器，面包板、发光二极管等。
教学过程：
一、新课导入
自然赋予人类各种感觉器官，用眼睛看缤纷世界，用耳朵倾听天籁之音，用舌头尝遍天下美食…..
（1）人类感知外界环境、对象通过感官的感知，动物亦是如此；
（2）视频植物界扑蝇草；
（3）演示扫地机在桌面清扫，防坠落能力；
提出问题：机器感知世界的能力依靠什么？
超声波测距传感器用于避障和防坠、陀螺仪加速度传感器用于保持平衡、光敏传感器用于检测和区分区域、红外线传感器低电量自动返回充电功能…….，传感器是机器感知世界的“感官”
二、基于光敏电阻初识传感器
（一）实验探究：对光敏感的元件
通过学生实验，探究光敏电阻对光的感知能力。
实验1：利用多用电表探测光敏电阻受光面在暴露和被遮盖的情况下电阻的差异；
实验2：学生涉及电路，利用发光二极管的亮度体现光敏电阻在不同光强度下电阻的变化。事先简介光敏电阻的受光面、简介实验中涉及的发光二极管和面包板的使用。
（二）由光敏电阻构成的光电控制开关电路分析
当光照强度下降到特定值时，光敏电阻阻值升高使VT1导通，VT2的激励电流使继电器K的敞开触点闭合，常闭触点断开，从而实现对外电路的控制。
光敏电阻主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”。
（三）通过演示成品实验和示例传感器的应用，加深对传感器的体验。
1.由光敏电阻构成的烟雾报警器和计数器演示
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2. （1）光敏电阻在厚度检测器中的使用
（2）测光能让摄像师更好的权衡拍摄的曝光量，以获取更优的视觉效果
三、传感器概念的界定
基于以上对光敏电阻的认识，提出传感器的感念，并延伸拓展。
能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。——【国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义】
狭义的定义：输入信号（待测量）
输入传感器转变成电信号。在明确输出输入的对应关系的基础上，具备一定的精确程度。
介绍输出为电信号的原因：便于传输、转换、处理、显示。
“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。
四、传感器的研发思路
(案例1) 一根金属电阻丝，在温度不变的情况下，由电阻定律
可知，改变电阻的因素还有长度、横截面积和温度。
因此电阻元件还对拉压和温度等因素的变化敏感。
演示实验：自制深度测量传感器
实验器材：5%的氯化钠溶液，电流计、变阻箱和学生电源。
提出：应变效应和应变片
当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。
应变片的使用实例1：电子秤
应变片的使用实例2：车辆过磅
利用金属的电阻率随温度的升高而增大的金属温度计演示。
(案例2) 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为:
当被测参数变化使得S、 d或ε发生变化时， 电容量C也随之变化。如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数， 就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。电容式传感器可分为变极距型、 变面积型和变介电常数型三种。
视频展示：指纹采集的亮区，这小块亮区上集成有上万的微型化的电容器，称之为电容器阵列，当手指贴在其上与其构成了电容的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容数值也就不一样，设备根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。
五、传感器应用
（一）干簧管小制作展示
由发光二极管制作的光电“钢琴”和自动控制的电风扇。
学生探究实验：干簧管作为传感器实现对电路的控制。
（二）电磁流量计工业应用和3D动画展示。
（三）更多传感器在生活、生产中的应用视频展示。
六、小结：
1.传感器的作用和地位
2.常见传感器的工作方式
3.传感器与人类生活
随堂练习：
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．所有传感器都是由半导体材料制成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．水银温度计是一种传感器
2．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容
C取决于极板正对面积
S、极板间距离
d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值．如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是( )
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
3.如图所示电路中，电源电动势为
E，内阻为
r，
Rt为负温度系数热敏电阻，
Rg为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
A．温度不变，光照增强
B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强
D．温度升高，光照减弱
4．烟雾散射火灾报警器使用的是( )
A．光传感器 B．温度传感器
C．红外传感器 D．超场波传感器
5.如图所示，
R1、
R2为定值电阻，L为小灯泡，
R3为光敏电阻，当入射光强度增大时( )
A．电压表的示数增大
B．
R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
1. B 【解析】大多数传感器是由半导体材料制成的，某些金属也可以制成传感器，如金属热电阻，故A错，B对；传感器将非电学量转换为电学量，因此传感器感知的应该是“非电信号”，故C错；水银温度计能感受热学量，但不能把热学量转化为电学量，因此不是传感器，故D错．
2. D 【解析】 甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图液面高度变化能导致极板正对面积变化；丙图压力
F变化能导致极板间距变化；丁图中位置变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的传感器，故选D.
3. AC
4.A 【解析】 烟雾散射火灾报警器是烟雾进入报警器后，光被散射，照到报警器中的光传感器上，使电路接通，报警器工作，发出警报，A对，B、C、D错．
5. ABC 【解析】 当入射光强度增大时，
R3阻值减小，外电路电阻随
R3的减小而减小，
R1两端电压因干路电流增大而增大，即电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而
R1两端电压增大知，
R2两端电压必减小，则
R2中电流减小，故B项正确．结合干路电流增大知，流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．
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