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2、教材的重點

了解力傳感器-電子秤、聲傳感器-話筒、溫度傳感器-電熨斗等傳感器的結構及工作原理。

1、省教學要求

(1)了解傳感器應用的一般模式

(2)認識力傳感器、聲傳感器、溫度傳感器、光傳感器等，了解它們的工作原理。

(3)列舉傳感器在生活和生產中的應用。

(4)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。

6、教學資源

(1)教材中值得重視的題目

[例1]如圖所示，將萬用電表的選擇開歐姆表開關置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負溫度系數的熱敏電阻的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間，若往R_t上擦一些酒精表針將向__________(填“左”或“右”)轉動；若用吹風機向R_t吹熱風，表針將向________(填“左”或“右”)轉動．

解析：若往R_t上擦一些酒精，由于酒精蒸發，熱敏電阻上溫度降低，阻值變大，指針向左偏(歐姆表最右側電阻為0，左側最大)。用電吹風吹熱風，溫度升高，阻值變小，指針向右偏。

[例2]如圖所示是測定液面高度h的電容式傳感器，在導電芯的外面涂上一層絕緣電介質，放入導電液體中，導電芯和導電液體構成電容器的兩個極板，測出電容的變化就可以知道h的變化情況，試說明其原理。

解析：由題意可知，導電芯和導電液體組成的電容器，板間距和介電常數不能再改變，能改變的就是兩板的正對面積，電容與正對面積成正比。如果h上升，相當于增大正對面積，從而導致電容C的增大，因此通過測定電容C的增大或減小，便可推知h的增大或減小。

[例3]如圖，厚度為h，寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應，實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關系為，式中的比例系數稱為霍爾系數。

霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛侖茲力達到平衡時，導體板上下兩側之間就會形成穩定的電勢差。設電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，求：

(1)達到穩定狀態時，導體板上側面A的電勢與下側面A′的電勢高低情況。

(2)電子所受的洛侖茲力的大小。

(3)當導體板上下側面之間的電勢差為U時，電子所受靜電力的大小。

(4)由靜電力和洛侖茲力平衡的條件證明霍爾系數為，其中n代表導體板單位體積中電子的個數。

解析： (1)由左手定則判斷出A的電勢比A′低.

(2)根據受力平衡，電子所受的洛倫茲力為：

(3)。

(4)由平衡條件可知：，又因為：，，代入原式可得：。得證。

(2)教材中的思想方法

本節課依據學生的認知規律組織教學，引入新課從生活實例入手，設置懸念，提出問題，激發學生興趣，增強學生的求知欲；在進行“什么是傳感器”的教學中注重實驗探究，引導學生從兩個實驗的探究中加以歸納，并通過DISLab系統顯示傳感器的優越性，讓學生了解把非電學量轉化為電學量的技術意義；在對光敏電阻、熱敏電阻和熱電阻、霍爾元件這些制作傳感器的元器件教學中，注重將教師演示實驗與學生動手實驗相結合，注重理論與實踐相結合。整個教學過程符合新課程的三維目標，體現新課程的理念，注意培養學生的自主、合作、探究能力，注意從生活走向物理，從物理走向生活，以此增進學生的學習能力和科學素養。

第二節　 傳感器的應用(一)

5、學生易錯點

學生在平時很少感受到傳感器的存在及其所起的作用。．因此，宜采用從具體的事例引導的方法，來認識什么是傳感器。

霍耳效應的原理霍耳電壓的理解和推導。

4、教材的疑點

(1)引入新課

首先，用“永磁體控制小燈泡開關”的實驗引入課題，所使用的干簧管構造很簡單，并且易于由磁化的知識了解其工作原理，具體內容可參閱后面實驗參考資料部分的相關內容。接著，通過若干事例提出了溫度傳感器的應用，還可以由教師和學生共同舉出能夠接觸到的其他事例。最后，概括出傳感器的一般概念。

傳感器將非電學量轉換成的電學量可以有兩類。一類是模擬量，如電阻、電壓、電流等，便于計量。光敏電阻就屬于這一類。另一類是開關量，如電路的通與斷，便于實現控制的功能，干簧管就屬于這一類。

課本圖6.1-3中的溫度傳感器照片，從上到下分別是：開關型熱敏電阻、熱電偶、鉑熱電阻、硅P-N結集成溫度傳感器。

(2)光敏電阻的教學

光敏電阻是一種最簡單的光敏元件，它的價格低(幾角錢)，不易損壞，適合學生實驗。

用課本圖6.1-5所示的方法做隨堂實驗，可以直接觀察到電阻隨光照的變化，并且能夠讓

學生再次練習使用多用電表。有關使用光敏電阻做傳感器應用電路的內容將在后面介紹。要將光敏電阻與普通電阻器對比，突出顯示光敏電阻對光照的高度敏感性。普通電阻器的導電物質是附著在細瓷棒(或細瓷管)上的金屬膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。

講解光敏電阻的工作原理，能夠擴展學生關于物質導電性的知識。除了已學過的金屬的自由電子導電和溶液的離子導電外，又認識了半導體依靠載流子導電的機理。在課本“科學漫步”欄目中，對這種導電機理做了淺顯的解釋，學生有所領會即可，不要求掌握。

(3)熱敏電阻和熱電阻的教學

熱敏電阻是一種最簡單的對溫度敏感的元件(溫敏元件)，是由半導體材料制成的，教師可參閱后文實驗參考資料部分的相關內容。課本圖6.1-7是將一種典型的金屬熱電阻與負溫度系數熱敏電阻對比的定性的圖線。

學生要做好課本58頁上所述的隨堂實驗。其中可使用低價位(幾角錢)的負溫度系數熱敏電阻，產品型號為MF-11，其外形為直徑5-10 mm的小圓片狀，表面涂綠色漆層，有兩根銅絲引腳，選購標稱阻值(即常溫20℃時阻值)為幾百歐的較為適用。

本節后面的“說一說”欄目是供學生討論的，課本圖6.1-8是原理圖。它要用到已學過的有關介質影響電容器電容和電容器并聯等方面的知識。至于檢測電容的變化，可以有不同的方法。例如，使用數字式電容表(許多型號的數字式多用電表附有此功能)，或者將圖中的電容器與某個電感線圈組成電磁振蕩回路，從振蕩頻率的變化反映出電容的變化。

(4)霍爾元件的教學

學生在課本《物理選修3-1》的“課題研究”中對霍爾效應略有了解。本小節在此基礎上介紹具有磁敏作用的半導體霍爾元件。

如果能夠得到課本圖6.1-10所示的霍爾元件，最好把課本59頁“做一做’欄目所述的演示實驗做一下。實驗方法可參閱后文“實驗參考資料”相關的內容。

3、教材的難點

從上世紀八十年代起，國際上出現了“傳感器熱”，傳感器在當今科技發展中有著十分重要的地位。新課程標準緊扣時代脈搏，對傳感器教學提出明確要求。本課的設計思路是通過對實驗的觀察、思考和探究，了解什么是傳感器，傳感器是如何將非電學量轉換成電學量的，傳感器在生產、生活中有哪些具體應用，為學生利用傳感器制作簡單的自控裝置作一鋪墊。教學時力避深奧的理論，側重于聯系實際，讓學生感受傳感器的巨大作用，進而提高學生的學習興趣，培養學生熱愛科學的情感和崇尚科學的精神。

2、教材的重點

通過對實驗的觀察、思考和探究，讓學生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時，經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養學生的觀察能力、實踐能力和創新思維能力。加強物理與STS的聯系。通過動手實驗，培養學生實事求是的科學態度、團隊合作精神和創新意識。

1、省教學教學

通過實驗認識傳感器，體會非電學量轉換成電學量好處。

觀察光敏電阻、熱敏電阻和金屬熱電阻、霍爾元件等多種傳感器實物，了解傳感器的用途。

6、教材資源

(1)教材中值得重視的題目

[例1]在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定，則在輸電線上損耗的功率(　　 )

A. 隨輸電線電阻的增大而增大

B. 和輸送電壓的平方成正比

C. 和輸送電線上電壓降的平方成正比

D. 和輸電線上電流強度的平方成正比

E. 　和輸送電壓的平方成反比.

[例2]某電源給用戶輸送電功率為P，輸電導線的總電阻為R， 輸電線上損失的功率是P'，則輸電線上的電壓降為___________，電源的端電壓為_________.

注意：計算遠距離送電有關線路損耗功率問題時，應注意不同公式中各物理量的對應性。　 例如P_耗＝I²R_線公式改為P_耗＝U²／R_線時，電壓U指什么電壓才無誤？用升壓變壓器副線圈電壓、或用降壓變壓器原線圈電壓都是錯誤的，必須對應加在導線兩端損耗的電壓。

同理，P＝I²R的電流不能用升壓變壓器原線圈或降壓變壓器副線圈中的電流I₁、I₃，只能用通過輸電導線上的電流。

[例3]一臺發電機端電壓為5000V，輸出功率10⁴kW，向400km外的用戶輸電，輸電線的電阻率ρ＝1.7×10^-8Ω/m，橫截面積S＝0.85cm²，輸電導線上的電功率損失要求不超過輸出功率的4%，則在輸電時，電壓應升高到多少伏?所用的升壓變壓器的原、副線圈匝數比是多少?

(2)教材中的思想方法是什么？

對比教學法：

對比1：

設計一個模擬實驗來對比：

當低壓電源直接連接輸電線、輸電線直接連接燈泡時，燈泡D2很暗．用電壓表測量燈D2兩端的電壓值，只有1.4V；

當通過升壓變壓器升壓，再經過降壓變壓器降壓時，輸電線上損耗大為減少，燈泡D2亮．表明改用高壓輸電后能量損失減少。

對比2：

對電路圖給出具體數值：變壓器匝數比、輸電線電阻、電源輸出電壓和輸出功率等，讓同學計算一下圖中兩種不同電路輸送電能的損失各是多少．在理論分析、實驗驗證的基礎上再加具體計算，更能給學生留下深刻印象，能使學生學到分析、解決實際問題的兩種基本方法：理論分析、計算和實驗．

第六章　 傳感器

第一節　 傳感器及其工作原理

5、學生的易錯點

學生容易將導線上的電壓損失與輸電電壓混淆起來，甚至進而得出錯誤結論。可針對教材中“問題與解答”中第2題，引導學生進行討論，澄清認識。