【物理】2019届一轮复习人教版常见传感器的工作原理探究教案 5页

常见传感器的工作原理探究 ‎［教学 目标］‎ ‎（一）知识与技能 ‎1．用万用表探究热敏电阻、光敏电阻和压敏电阻阻值的变化。‎ ‎2．探究干簧管的工作原理。‎ ‎3．探究电磁继电器的工作原理，了解光控开关电路及控制原理，组装光控开关。‎ ‎4．通过实验的方法，让 学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。‎ ‎（二）过程与方法 通过实验探究，在课堂上与教学师和同学 交流，知道常见传感器的工作原理。‎ ‎（三）情感、态度与价值观 激发 学生的 学习兴趣，拓展他们的视野，提高他们的创新意识。通过实验探究，培养 学生的 学习兴趣，倡导以创新为主、实践为重的素质教学育理念。| | | | | ]‎ ‎［教学 重难点］‎ 干簧管与电磁继电器的工作原理及实验设计。‎ ‎［教学 器材］ ]‎ 光敏电阻，热敏电阻，压敏电阻，干簧管，电磁继电器，万用表，导线，蜂鸣器，干电池等 ‎［教学 方法］ ‎ 实验探究、讲授 ‎［教学 过程］‎ 引入新课 ]‎ 随着人们学生活水平的提高，传感器在学生活中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关，温度报警器，路灯的自动控制，银行门口的自动门等，都用到了传感器。平时大家常用的手机和即将普及的无人驾驶汽车更是大量的用到了传感器，传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电 量转换成电 量，对电 量的放大、处理均是通过电子元件组成的电路来完成的。‎ 这节课我们就来动手探究各种传感器电阻随外界非电 量的变化而变化的情况，动手制作干簧管继电器并探究干簧管继电器的工作原理，组装光控开关的工作电路，研究光控开关的工作原理。‎ 进行新课 一、光敏电阻、热敏电阻 ‎ 成立两个 学生一组的 学习小组，以小组为单位用万用表欧姆档探究光敏电阻和压敏电阻随光照强度和压力的变化而变化的情况。并请两个小组的同学 分别到讲台阐述他们的探究结果。‎ 探究1：探究光敏电阻在不同学光照条件下的阻值 先用欧姆表测量常光下光敏电阻的阻值，然后用强光手电筒照射光敏电阻并测量此时光敏电阻的阻值，记入下表：‎ 光敏电阻 常光 强光 阻值 结论：光照越强，电阻 。‎ 总结：光照越强，光敏电阻阻值越小。导电原理是因为光敏电阻在无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照增强，载流子也增多，导电性变好。‎ 探究2：探究热敏电阻在不同学压力条件下的阻值 热敏电阻有两种，图甲是PTC热敏电阻(正温度系数)，其阻值随温度升高而增大；图乙是NTC热敏电阻(负温度系数)，其阻值随温度升高而减小。‎ ‎ ‎ 先用欧姆表测量室温下的热敏电阻的阻值，然后用手捏住热敏电阻并测量此时热敏电阻的阻值，记入下表：‎ 热敏电阻 室温 体温 阻值 结论：温度越高，电阻 。 ‎ 该热敏电阻为：NTC热敏电阻.‎ 课后探究1：探究热敏电阻的工作原理和热敏电阻在学生产、学生活中的应用 课后同学 们通过查阅资料弄清两种热敏电阻的材料、优点和导电原理填入表格，并思考不同学的热敏电阻可以有什么不同学的用途。感兴趣的同学 的在课后撰写有关热敏电阻在实际中运用的小论文。‎ NTC热敏电阻 PTC热敏电阻 制作材料 优点 导电原理 二、干簧管继电器 探究3：观察干簧管的内部构造，用漆包线绕双簧管多圈，按图甲连接电路，闭合开关观察蜂鸣器是否发出声音，总结干簧管继电器的工作原理。‎ ‎1、干簧管的工作原理：干簧管可以感受外界磁场，当干簧管的两个铁质簧片处有磁场时，两簧片被磁化，在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态，磁场减弱时两簧片分开。‎ ‎2、干簧管继电器 ‎① 构造：由干簧管和绕在管外的线圈组成，如图乙。‎ ‎② 作用：在电路中，可以根据流经线圈的电流大小控制电路的通断。‎ 三、电磁继电器 ‎ 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产学生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。‎ 对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。‎ 请同学 们观察元件盒中的电磁继电器判断哪个是“常开触点”，哪个是“常闭触点”。‎ ‎ ‎ 四、光控开关工作原理 光控开关是指能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电 量信号器件。光敏电阻是光控开关系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。‎ 探究4：设计并组装光控开关电路 设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：‎ ‎1、根据仪器和光控开关工作电路的要求画出控制电路和工作电路。‎ 控制电路由电源、开关、光敏电阻、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器（蜂鸣器）和导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关.‎ ‎2、分析自控电路的合理性 电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。‎ 本次设计要求：用强光照射光敏电阻时蜂鸣器发出声音，没有强光照射时蜂鸣器没有发声。‎ 请完成电路设计和组装的探究小组到讲台展示他们的探究结果。‎ 思考：如果自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光。电路又该如何设计。 ]‎ 五、传感器模块 课后探究2：电容式单键触控开关模块的电路设计 模块介绍：该模块是一个基于触摸检测的电容式点动型触摸开关模块。常态下，模块输出低电平，模式为低功耗模式；当用手指触摸相应位置时，模块会输出高电平，模式切换为快速模式；当持续12秒没有接触时，模式又切换为低功耗模式。‎ 项目 最小值 典型值 最大值 单位 电源电压VCC ‎2.0‎ ‎3‎ ‎5.5‎ V 输出高电平VOH ‎0.8VCC V 输出低电平VOL ‎0.3VCC V 输出引脚灌电流 ‎（VCC=3V,VOL=0.6V）‎ ‎8‎ mA 输出引脚拉电流 ‎（VCC=3V,VOL=2.4V）‎ ‎-4‎ mA 响应时间（低功耗模式）‎ ‎ ]‎ ‎220‎ ms 响应时间（快速模式）‎ ‎60‎ ms 课后探究3：MQ-135空气质量传感器 ‎ ‎ 模块介绍：MQ-135空气质量传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。‎ 六、课后 ‎ (光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果。‎ 解析：电路连接如图所示。当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭.当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮。‎