2、教材的重点

了解力传感器-电子秤、声传感器-话筒、温度传感器-电熨斗等传感器的结构及工作原理。

1、省教学要求

(1)了解传感器应用的一般模式

(2)认识力传感器、声传感器、温度传感器、光传感器等，了解它们的工作原理。

(3)列举传感器在生活和生产中的应用。

(4)利用传感器制作简单的自动控制装置。

6、教学资源

(1)教材中值得重视的题目

[例1]如图所示，将万用电表的选择开欧姆表开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间，若往R_t上擦一些酒精表针将向__________(填“左”或“右”)转动；若用吹风机向R_t吹热风，表针将向________(填“左”或“右”)转动．

解析：若往R_t上擦一些酒精，由于酒精蒸发，热敏电阻上温度降低，阻值变大，指针向左偏(欧姆表最右侧电阻为0，左侧最大)。用电吹风吹热风，温度升高，阻值变小，指针向右偏。

[例2]如图所示是测定液面高度h的电容式传感器，在导电芯的外面涂上一层绝缘电介质，放入导电液体中，导电芯和导电液体构成电容器的两个极板，测出电容的变化就可以知道h的变化情况，试说明其原理。

解析：由题意可知，导电芯和导电液体组成的电容器，板间距和介电常数不能再改变，能改变的就是两板的正对面积，电容与正对面积成正比。如果h上升，相当于增大正对面积，从而导致电容C的增大，因此通过测定电容C的增大或减小，便可推知h的增大或减小。

[例3]如图，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为，式中的比例系数称为霍尔系数。

霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e，求：

(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势与下侧面A′的电势高低情况。

(2)电子所受的洛仑兹力的大小。

(3)当导体板上下侧面之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小。

(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件证明霍尔系数为，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。

解析： (1)由左手定则判断出A的电势比A′低.

(2)根据受力平衡，电子所受的洛伦兹力为：

(3)。

(4)由平衡条件可知：，又因为：，，代入原式可得：。得证。

(2)教材中的思想方法

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，引导学生从两个实验的探究中加以归纳，并通过DISLab系统显示传感器的优越性，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、热敏电阻和热电阻、霍尔元件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。

第二节　 传感器的应用(一)

5、学生易错点

学生在平时很少感受到传感器的存在及其所起的作用。．因此，宜采用从具体的事例引导的方法，来认识什么是传感器。

霍耳效应的原理霍耳电压的理解和推导。

4、教材的疑点

(1)引入新课

首先，用“永磁体控制小灯泡开关”的实验引入课题，所使用的干簧管构造很简单，并且易于由磁化的知识了解其工作原理，具体内容可参阅后面实验参考资料部分的相关内容。接着，通过若干事例提出了温度传感器的应用，还可以由教师和学生共同举出能够接触到的其他事例。最后，概括出传感器的一般概念。

传感器将非电学量转换成的电学量可以有两类。一类是模拟量，如电阻、电压、电流等，便于计量。光敏电阻就属于这一类。另一类是开关量，如电路的通与断，便于实现控制的功能，干簧管就属于这一类。

课本图6.1-3中的温度传感器照片，从上到下分别是：开关型热敏电阻、热电偶、铂热电阻、硅P-N结集成温度传感器。

(2)光敏电阻的教学

光敏电阻是一种最简单的光敏元件，它的价格低(几角钱)，不易损坏，适合学生实验。

用课本图6.1-5所示的方法做随堂实验，可以直接观察到电阻随光照的变化，并且能够让

学生再次练习使用多用电表。有关使用光敏电阻做传感器应用电路的内容将在后面介绍。要将光敏电阻与普通电阻器对比，突出显示光敏电阻对光照的高度敏感性。普通电阻器的导电物质是附着在细瓷棒(或细瓷管)上的金属膜或碳(石墨)膜，不具有光敏性。

讲解光敏电阻的工作原理，能够扩展学生关于物质导电性的知识。除了已学过的金属的自由电子导电和溶液的离子导电外，又认识了半导体依靠载流子导电的机理。在课本“科学漫步”栏目中，对这种导电机理做了浅显的解释，学生有所领会即可，不要求掌握。

(3)热敏电阻和热电阻的教学

热敏电阻是一种最简单的对温度敏感的元件(温敏元件)，是由半导体材料制成的，教师可参阅后文实验参考资料部分的相关内容。课本图6.1-7是将一种典型的金属热电阻与负温度系数热敏电阻对比的定性的图线。

学生要做好课本58页上所述的随堂实验。其中可使用低价位(几角钱)的负温度系数热敏电阻，产品型号为MF-11，其外形为直径5-10 mm的小圆片状，表面涂绿色漆层，有两根铜丝引脚，选购标称阻值(即常温20℃时阻值)为几百欧的较为适用。

本节后面的“说一说”栏目是供学生讨论的，课本图6.1-8是原理图。它要用到已学过的有关介质影响电容器电容和电容器并联等方面的知识。至于检测电容的变化，可以有不同的方法。例如，使用数字式电容表(许多型号的数字式多用电表附有此功能)，或者将图中的电容器与某个电感线圈组成电磁振荡回路，从振荡频率的变化反映出电容的变化。

(4)霍尔元件的教学

学生在课本《物理选修3-1》的“课题研究”中对霍尔效应略有了解。本小节在此基础上介绍具有磁敏作用的半导体霍尔元件。

如果能够得到课本图6.1-10所示的霍尔元件，最好把课本59页“做一做’栏目所述的演示实验做一下。实验方法可参阅后文“实验参考资料”相关的内容。

3、教材的难点

从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分重要的地位。新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺垫。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。

2、教材的重点

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。加强物理与STS的联系。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。

1、省教学教学

通过实验认识传感器，体会非电学量转换成电学量好处。

观察光敏电阻、热敏电阻和金属热电阻、霍尔元件等多种传感器实物，了解传感器的用途。

6、教材资源

(1)教材中值得重视的题目

[例1]在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率(　　 )

A. 随输电线电阻的增大而增大

B. 和输送电压的平方成正比

C. 和输送电线上电压降的平方成正比

D. 和输电线上电流强度的平方成正比

E. 　和输送电压的平方成反比.

[例2]某电源给用户输送电功率为P，输电导线的总电阻为R， 输电线上损失的功率是P'，则输电线上的电压降为___________，电源的端电压为_________.

注意：计算远距离送电有关线路损耗功率问题时，应注意不同公式中各物理量的对应性。　 例如P_耗＝I²R_线公式改为P_耗＝U²／R_线时，电压U指什么电压才无误？用升压变压器副线圈电压、或用降压变压器原线圈电压都是错误的，必须对应加在导线两端损耗的电压。

同理，P＝I²R的电流不能用升压变压器原线圈或降压变压器副线圈中的电流I₁、I₃，只能用通过输电导线上的电流。

[例3]一台发电机端电压为5000V，输出功率10⁴kW，向400km外的用户输电，输电线的电阻率ρ＝1.7×10^-8Ω/m，横截面积S＝0.85cm²，输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的4%，则在输电时，电压应升高到多少伏?所用的升压变压器的原、副线圈匝数比是多少?

(2)教材中的思想方法是什么？

对比教学法：

对比1：

设计一个模拟实验来对比：

当低压电源直接连接输电线、输电线直接连接灯泡时，灯泡D2很暗．用电压表测量灯D2两端的电压值，只有1.4V；

当通过升压变压器升压，再经过降压变压器降压时，输电线上损耗大为减少，灯泡D2亮．表明改用高压输电后能量损失减少。

对比2：

对电路图给出具体数值：变压器匝数比、输电线电阻、电源输出电压和输出功率等，让同学计算一下图中两种不同电路输送电能的损失各是多少．在理论分析、实验验证的基础上再加具体计算，更能给学生留下深刻印象，能使学生学到分析、解决实际问题的两种基本方法：理论分析、计算和实验．

第六章　 传感器

第一节　 传感器及其工作原理

5、学生的易错点

学生容易将导线上的电压损失与输电电压混淆起来，甚至进而得出错误结论。可针对教材中“问题与解答”中第2题，引导学生进行讨论，澄清认识。