【知识点详解】
1. **物理传感器的基本概念**:物理传感器是一种能够感知物理量,并将其转换为可测量电信号的装置。这些传感器广泛应用于日常生活、工业生产以及科技领域,包括力、温度、光、声音等非电学量的检测。
2. **情感、态度与价值观**:学习物理传感器的应用,不仅有助于理解科学技术对生活的影响,还能培养学生的兴趣,提高他们对科学的尊重和求知欲。
3. **教学重点与难点**:力传感器和温度传感器的工作原理及其结构是本教学的重点。力传感器主要涉及力与电阻或电压之间的转换,而温度传感器则关注如何将温度变化转化为电阻变化或其他电学量。
4. **教学方法**:采用观察法和讨论法,让学生通过实例和互动来理解和掌握传感器的工作机制。
5. **敏感元件**:在传感器设计中,常见的敏感元件包括光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件。光敏电阻可以将光照强度转化为电阻变化;热敏电阻将温度变化转化为电阻变化;霍尔元件则可以将磁感应强度转化为电压。
6. **力传感器应用实例**:以压敏电阻为例,当其受到压力时,阻值会变化。这种特性可以用于判断小车的运动状态,如题目中所示,通过电流表的示数变化分析小车的速度和加速度。
7. **电子秤的工作原理**:电子秤使用力传感器,主要由金属梁和应变片组成。当物体施加重量时,金属梁发生形变,导致应变片电阻变化,进而引起电压差的变化,从而测量出物体的重量。
8. **应变片的工作机制**:应变片能够将力学量(如力)转化为电学量(电阻变化),通过测量电阻的变化来确定力的大小。
9. **练习题解析**:
- 练习1中,应变片通常由半导体材料制成,当受到拉伸时电阻增大,压缩时电阻减小。传感器输出的是电压差,外力越大,输出的电压差值也越大。答案是A、B、D。
- 练习2中,所称重物的重量与电流大小成正比,因为电流的改变反映了弹簧形变量的变化,进而反映重物的重量。答案未给出,但应该是一个与电流I成正比的关系。
10. **温度传感器应用**:电饭锅中使用的温度传感器通常包含热敏电阻,当温度达到特定阈值时,电阻变化导致电路状态改变,从而实现自动断开或切换功能。例如,电饭锅在饭熟后会自动断开加热,而烧水时,水开后也能自动停止加热。
11. **电饭锅工作原理**:电饭锅内的温度传感器监测锅内温度,当温度达到设定的烹饪完成温度(通常是103℃左右)时,传感器会使电路断开,防止过热和食物烧焦。
总结,本学习教案涵盖了物理传感器在力和温度检测中的应用,通过实例和练习帮助学生理解传感器的工作原理,并强调了科学态度和价值观的培养。力传感器和温度传感器在日常生活中有广泛应用,如电子秤和电饭锅,它们通过转换非电学量为电学信号,使得自动化控制和测量成为可能。