第二節常見感測器的工作原理
三維教學目標
1、知識與技能
（1）知道什麼是感測器；
（2）了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理；
（3）會使用霍爾電壓公式。
2、過程與方法：通過實驗，知道常見感測器的工作原理。
3、情感態度與價值觀：通過已有知識在感測器中的應用激發科學**的興趣。
教學重點：認識各種常見的感測器；了解光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。
教學難點：光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件的工作原理。
教學方法：實驗法、觀察法、歸納法。
教學手段：磁鐵、幹簧管、各種常見感測器、光敏電阻、熱敏電阻、霍爾元件、多用電表、熱水、冷水、檯燈、投影儀等。
教學過程：
（一）引入新課
引導學生看教材中「勇氣號」火星探測器的彩色**；列舉生活中的一些自動控制例項，如遙控器控制電視開關、日光控制路燈的開關、聲音強弱控制走廊照明燈開關等，激發學生學習興趣，引出課題。
列舉自己知道的自動控制的其他例項。如當走近自動門時，門會自動開啟；電梯關門，當兩門靠攏到接觸人體時，門又會重新自動開啟等等。[**:學.科.網]
（二）進行新課
1、什麼是感測器
演示實驗：
揭示實驗「奧秘」：盒子裡用到了一種稱為「幹簧管」的元件。介紹幹簧管的構造和工作原理，幹簧管是一種能夠感知磁場的感測器。引導學生閱讀教材2、3段，思考
問題1：
（1）什麼是感測器？
（2）感測器的作用是什麼？
答：感測器是指這樣一類元件：它能夠感知諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，並把它們按照一定的規律轉化成電壓、電流等電學量，或轉化為電路的通斷。
感測器的作用是把非電學量轉化為電學量或電路的通斷，從而實現很方便地測量、傳輸、處理和控制。
出示幾種常見的感測器，增加學生的感性認識。
為了製作感測器，常常需要一些元器件，下面看幾個例項：
2、光敏電阻
介紹光敏電阻的外形和構造。如圖6.1-4
現象：光敏電阻在被光照射時電阻發生明顯變化。普通電阻則不會發生變化。
閱讀教材中的內容，思考問題：[**
（1）光敏電阻的電阻率與什麼有關？
（2）光敏電阻受到光照時會發生什麼變化？怎樣解釋？
（3）光敏電阻能夠將什麼量轉化為什麼量？
答：（1）光敏電阻的電阻率與光照強度有關。
（2）光敏電阻受到光照時電阻會變小。硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照增強，載流子增多，導電性能變好。
（3）光敏電阻能夠將光學量轉化為電阻這個電學量。[**:學&科&網]
3、熱敏電阻和金屬熱電阻
閱讀教材有關內容，思考問題3：
（1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關係是否相同？
（2）熱敏電阻和金屬熱電阻各有哪些優缺點？
（3）熱敏電阻和金屬熱電阻能夠將什麼量轉化為什麼量？
答：（1）金屬導體與半導體材料的導電性能與溫度的變化關係不相同。金屬導體的導電性能隨溫度公升高而降低；半導體材料的導電性能隨溫度公升高而變好。
（2）熱敏電阻靈敏度高，但化學穩定性較差，測量範圍較小；金屬熱電阻的化學穩定性較好，測量範圍較大，但靈敏度交差。
（3）熱敏電阻或金屬熱電阻能夠將熱學量轉化為電阻這個電學量。
現象：熱敏電阻隨著溫度的公升高電阻發生明顯變化。溫度越高，電阻值越小。
看教材54頁「說一說」欄目中的內容。
給電容器帶上一定的電荷，然後用靜電計來檢測兩板間電勢差的變化，即可判斷電容的變化。電容式感測器能夠把位移這個力學量轉化為電容這個電學量。
4、霍爾元件
引導學生閱讀教材關於霍爾元件的內容。推導霍爾電壓的公式。設載流子的電荷量為q，沿電流方向定向運動的平均速率為v，單位體積內自由移動的載流子數為n，垂直電流方向導體板的橫向寬度為a，則電流的微觀表示式為
載流子在磁場中受到的洛倫茲力
載流子在洛倫茲力作用下側移，兩個側面出現電勢差，載流子受到的電場力為當達到穩定狀態時，洛倫茲力與電場力平衡，即……②
由①②式得……③
式中的nq與導體的材料有關，對於確定的導體，nq是常數。令，則上式可寫為 ……④
乙個確定的霍爾元件的d、k、為定值，再保持i不變，則uh的變化就與b成正比。這樣，霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。
5、課堂總結、點評
本節課主要學習了以下幾個問題：
1、製作感測器需要的敏感元件光敏電阻、熱敏電阻與金屬熱電阻、霍爾元件等。
2、光敏電阻的阻值隨光的強度增大而減小。光敏電阻將光學量轉化為電阻這個電學量。
3、熱敏電阻的阻值隨溫度的公升高不一定減小。有的熱敏電阻阻值會隨溫度的公升高而增大。熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度這個熱學量轉化為電阻這個電學量。
4、霍爾元件的霍爾電壓公式為，霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉化為電壓這個電學量。
5、電容式感測器能夠把位移這個力學量轉化為電容這個電學量。
6、例項**
光敏電阻及其應用
例1、如圖所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，其中r1為光敏電阻，r2為定值電阻．此光電計數器的基本工作原理是（ ）
a.當有光照射 r1時，訊號處理系統獲得高電壓 b.當有光照射r1時，訊號處理系統獲得低電壓
c.訊號處理系統每獲得一次低電壓就記數一次 d.訊號處理系統每獲得一次高電壓就記數一次
[**:學科網]
熱敏電阻及其應用
例2、有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三隻元件，將這三隻元件分別接入如圖所示電路中的a、b兩點後，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數，下列說法中正確的是（ ）
a.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數變化較大，這只元件一定是熱敏電阻
b.置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數不變化，這只元件一定是定值電阻
c.用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數變化較大，這只元件一定是光敏電阻
d.用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數相同，這只元件一定是定值電阻
[**:學_科_網]
霍爾元件及其應用
例3、如圖所示，有電流i流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應強度為b的勻強磁場垂直於紙面向裡，金屬塊單位體積內的自由電子數為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？（此題描述的是著名的霍爾效應現象）
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