認(rèn)識傳感器【教學(xué)目標(biāo)】一、知識與技能1．了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義。2．了解傳感器的種類，知道傳感器的組成與應(yīng)用模式。二、過程與方法通過對實(shí)驗(yàn)的觀察、思考和探究，讓學(xué)生在了解傳感器、熟悉傳感器工作原理的同時(shí)，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀體會傳感器在生活、生產(chǎn)、科技領(lǐng)域的種種益處，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的知識視野，并加強(qiáng)物理與STS的聯(lián)系。通過動手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新意識。【教學(xué)重點(diǎn)】了解什么是傳感器，知道非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的技術(shù)意義?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】傳感器的組成與應(yīng)用模式?！窘虒W(xué)過程】一、新課導(dǎo)入教師：今天我們生活中常用的電視、空調(diào)的遙控器是如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱的？樓梯上的電燈如何能人來就開，人走就熄的？工業(yè)生產(chǎn)中所用的自動報(bào)警器、恒溫烘箱是如何工作的？“非典”病毒肆虐華夏大地時(shí)，機(jī)場、車站、港口又是如何實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的體溫檢測的？所有這些，都離不開一個(gè)核心，那就是本堂課將要學(xué)習(xí)的傳感器。二、新課教學(xué)（一）神奇的傳感器 演示實(shí)驗(yàn)：如圖所示，小盒子的側(cè)面露出一個(gè)小燈泡，盒外沒有開關(guān)，當(dāng)把磁鐵放到盒子上面，燈泡就會發(fā)光，把磁鐵移開，燈泡熄滅。教師提問：盒子里有怎樣的裝置，才能實(shí)現(xiàn)這樣的控制？學(xué)生猜測：盒子里有彈性鐵質(zhì)開關(guān)。師生探究：打開盒子，用實(shí)物投影儀展示盒內(nèi)的電路圖，了解元件“干簧管”的結(jié)構(gòu)。探明原因：當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)由軟磁性材料制成的簧片因磁化而相互吸引，電路導(dǎo)通，干簧管起到了開關(guān)的作用。教師點(diǎn)撥：這個(gè)裝置反過來還可以讓我們通過燈泡的發(fā)光情況，感知干簧管周圍是否存在著磁場。我們把這種器件或裝置叫做傳感器。1．傳感器：能像人的感覺器官那樣感受外界信息，并能按照一定的規(guī)律和要求把這些信息轉(zhuǎn)換成可用輸出信息的器件或裝置。2．傳感器在生活中的實(shí)例（1）“聲控—光控”開關(guān)（2）自動門（3）便攜式酒精檢測儀教師簡單講解其原理，引出以下知識：3．傳感器與人體器官的對比上述例子中都應(yīng)用了傳感器，傳感器的功能與人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等功能相似。人類是借助感覺器官從外界獲取信息的，并由神經(jīng)系統(tǒng)將這些信號傳遞給大腦，在人腦中將這些信息進(jìn)行處理，然后發(fā)出命令傳遞給肌體，做出動作。如果用機(jī)器完成這一過程，計(jì)算機(jī)相當(dāng)于人的大腦，執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)于人的肌體，傳感器就相當(dāng)于人的“五官”。實(shí)際上，有些傳感器還具有“超人”的本領(lǐng)。這里所說的“超人”的本領(lǐng)是指傳感器不僅可應(yīng)用于高溫、高壓、輻射等惡劣環(huán)境，還可檢測出人類五官不能感知的各種信息，如微弱的磁、電、離子和射線的信息等。利用傳感器的這些本領(lǐng)，可以制成形形色色的機(jī)器人，承擔(dān)人類難以直接完成的任務(wù)。 傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。思考與討論：（1）傳感器的使用使我們的生活更加方便、安全和舒適。生活中，你還發(fā)現(xiàn)哪些地方使用了傳感器？（2）請你根據(jù)需要大膽地設(shè)想：在家里、學(xué)校和生活的社區(qū)，什么地方應(yīng)該安裝傳感器？這些傳感器要起什么作用？（二）傳感器的種類教師針對以上的思考與討論總結(jié)傳感器的種類，并分別舉例：1．物理傳感器：力傳感器、磁傳感器、聲傳感器等如：利用溫度傳感器制成的電子體溫計(jì)、利用壓力傳感器制成的電子秤2．化學(xué)傳感器：離子傳感器、氣體傳感器等如：利用電化學(xué)氣體傳感器制成的可燃?xì)怏w報(bào)警器3．生物傳感器：酶傳感器、微生物傳感器、細(xì)胞傳感器等如：利用葡萄糖生物傳感器制成的血糖儀一般傳感器并不單一使用，我們常用的手機(jī)就有多個(gè)傳感器。（三）傳感器的組成與應(yīng)用模式1．傳感器的基本部分：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件 敏感元件：能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分。轉(zhuǎn)換元件：能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分。應(yīng)該指出的是，并不是所有傳感器都能夠明顯地區(qū)分敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。如果敏感元件直接輸出的是電學(xué)量，它就同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件。這種敏感元件和轉(zhuǎn)換元件二者合一的傳感器是很多的。例如，熱電偶、壓電晶體等都是這種形式的傳感器。被測非電學(xué)量信號經(jīng)敏感元件和轉(zhuǎn)換元件作用后，所輸出的電信號一般都很微弱，難以帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)控制動作，因此要通過信號調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路把這個(gè)電信號放大。如果需要遠(yuǎn)距離傳送，還要把它轉(zhuǎn)換成其他電信號以抵御外界干擾。如何應(yīng)用從傳感器獲得的信號呢？可以用指針式電表或數(shù)字屏等顯示測量的數(shù)據(jù)；也可以用來驅(qū)動繼電器或其他元件，來執(zhí)行諸如打開管道的閥門、開通或關(guān)閉電動機(jī)等動作；還可以由計(jì)算機(jī)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出更復(fù)雜的指令。2．傳感器應(yīng)用的一般模式可如圖所示：思考與討論：話筒是一種能夠?qū)⒙曇粜盘栟D(zhuǎn)換為電信號的傳感器。電容式話筒利用電容器的電容與極板間距離的關(guān)系來工作。你能根據(jù)它的工作過程說說各組成元件的作用嗎？學(xué)生思考討論，教師總結(jié)：聲波使振動膜發(fā)生振動，振動膜作為敏感元件，感受聲音信號的變化，與固定電極組成的電容器相當(dāng)于轉(zhuǎn)換元件，將聲音信號的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換成電容器的電容變化。把電容器接入含有電阻、電源的轉(zhuǎn)換電路中，由于電容器的電容不斷發(fā)生變化，電容器產(chǎn)生充、放電電流，加載在電阻R兩端的電壓也隨之變化。這樣，信號最后經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路就被輸出為便于測量和處理的電壓信號，用于顯示、記錄等。 （四）拓展：機(jī)器人根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能，可以粗略地把它們分為三代。第一代機(jī)器人對外界沒有感覺，只能按照編好的程序，由內(nèi)部的計(jì)算機(jī)安排它的動作，例如汽車生產(chǎn)線上用于點(diǎn)焊的機(jī)器人。第二代機(jī)器人有了感覺，它身上安裝的傳感器能起到人的感官的作用。第三代是智能機(jī)器人，是人們夢寐以求的，也是當(dāng)前正在努力發(fā)展的。它以人工智能理論和現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠自主地從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不斷完善自身的程序，增強(qiáng)自己的功能。機(jī)器人的種類很多。應(yīng)用最廣泛的是工業(yè)機(jī)器人，它們能把人從繁重的體力勞動和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來，極大地提高了生產(chǎn)率。服務(wù)型機(jī)器人主要用于清潔、加油、導(dǎo)盲、搶險(xiǎn)等方面。它們通常具有一個(gè)移動平臺，其上有操作臂，還安裝了觸覺、視覺、聽覺及超聲測距等傳感器，能夠識別周邊的環(huán)境、判斷自己的運(yùn)動。醫(yī)療機(jī)器人是近些年來發(fā)展迅速的一個(gè)新領(lǐng)域。醫(yī)療機(jī)器人能夠幫助醫(yī)生做復(fù)雜的手術(shù)，減輕醫(yī)生的疲勞，保證手術(shù)的精確和成功?？臻g機(jī)器人是最復(fù)雜、最昂貴的機(jī)器人，用于探測太空，我國探月工程中使用的玉兔號巡視器就是一個(gè)典型代表。三、鞏固練習(xí)1．傳感器廣泛應(yīng)用在我們的生產(chǎn)生活中，常用的計(jì)算機(jī)鍵盤就是一種傳感器。如圖所示，鍵盤上每一個(gè)鍵的下面都連一小金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一小的固定金屬片，這兩金屬片組成一個(gè)小電容器。當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能夠檢測出哪個(gè)鍵被按下，從而給出相應(yīng)的信號。這種計(jì)算機(jī)鍵盤使用的是（）A．溫度傳感器 B．壓力傳感器C．磁傳感器D．光傳感器2．傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù)，它可以（）A．將力學(xué)量（如形變量）轉(zhuǎn)變成電學(xué)量B．將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量C．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成光學(xué)量D．將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量3．全自動洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動感應(yīng)裝置，該水位自動感應(yīng)裝置采用的傳感器是（）A．溫度傳感器B．壓力傳感器C．生物傳感器D．紅外線傳感器4．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程。下列屬于這類傳感器的是（）A．紅外報(bào)警裝置B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．自動洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器答案：1．B2．AB3．B4．A