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傳感器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、航天、軍事以及家庭生活等各領(lǐng)域．例如，空調(diào)、電冰箱、微波爐、消毒碗柜等與溫度控制相關(guān)的家用電器，幾乎都要使用溫度傳感器．光傳感器的應(yīng)用也十分廣泛，如電腦上的鼠標(biāo)器、路燈的自動控制及火災(zāi)報(bào)警器等．

這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)溫度傳感器和光傳感器的應(yīng)用實(shí)例。

在了解傳感器原理及應(yīng)用時(shí)，知道已學(xué)知識在生活、生產(chǎn)、科技社會中的價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)

各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。

難點(diǎn)

各種傳感器的應(yīng)用原理及結(jié)構(gòu)。

教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。

教學(xué)手段

演示用的感溫鐵氧體，磁鐵，電烙鐵，計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)器，光敏電阻，多用表，干電池，蠟燭，各種功率的白熾燈等

教學(xué)過程

通過實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。

2．了解光傳感器在鼠標(biāo)器和火災(zāi)報(bào)警器上的應(yīng)用。

1．了解溫度傳感器在電飯鍋和測溫儀上的應(yīng)用。

3、　 將自制的太陽能集熱箱改造成簡易太陽能熱水器，思考采取哪些措施可以提高熱水器的熱水溫度和出水量。

簡易太陽灶

　　 取一只大號的湯碗，將香煙錫箔紙展開貼在湯碗內(nèi)，用金屬湯勺的勺背把錫箔紙的皺折壓平。在碗底正中,挖去一塊錫紙，將掛衣帽的塑料吸盤衣帽鉤的吸盤放在該處，壓出氣體把碗底牢牢吸住，再用夾鉗把金屬鉤扳直。

　　 實(shí)驗(yàn)時(shí)，把這只貼滿錫箔紙的湯碗正對太陽，陽光反射后會聚一點(diǎn)，用小紙片沿碗的半球面的軸線方向移動，光斑最小處就是焦點(diǎn)。在扳直的衣鉤上戳一塊土豆，使其正在焦點(diǎn)上，不久就烤熟。若取一根火柴，把火柴頭放在焦點(diǎn)，不一會兒即見冒煙自燃。

　　 若用大鐵鍋來取代碗效果更好。

簡易太陽能熱水器

結(jié)構(gòu)如圖所示。小容器B套在大容器A里，它們之間隔有空氣，有條件時(shí)，最好將其中的空氣抽掉或墊上石棉等保溫材料，效果更好�！�3”是墊在水底的黑絨布，“4”是在玻璃內(nèi)表面貼上的一層金箔紙(可取自香煙盒)。

太陽光透過玻璃“1”、“2”，射到水中及黑絨布“3”上，黑絨布吸熱使底部的水溫升高，周圍金箔紙反射光和熱，隨著時(shí)間延長，通過對流作用，B內(nèi)的整箱水都變?yōu)闊崴��?/p>

圖中B內(nèi)的水比玻璃蓋“2”略高，是為了防止“2”上生水珠，影響光線進(jìn)入，蓋上玻璃蓋“1”是為了防止外界空氣流動帶走熱量，B下以支架支撐，是為了防止熱量通過容器A傳導(dǎo)出去。進(jìn)水口處使用活動浮塞，既能使水自動流入B內(nèi)，又能將管口封住，防止熱量的損失。

太陽能熱水瓶的制作

這個(gè)實(shí)驗(yàn)器初看像個(gè)開了膛的保溫瓶，但仔細(xì)看，它跟保溫瓶的結(jié)構(gòu)大不相同，功能也完全不同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。

器具外殼的內(nèi)壁上覆有反射涂層，其心臟部分是一個(gè)真空集熱管。真空集熱管有點(diǎn)像保溫瓶膽，從外面看是透明的，太陽光可以射入，但內(nèi)層玻璃的外表面涂有特殊的能量吸收層，照射在上面的太陽能基本上都被吸收，而且集熱管像保溫瓶膽一樣被抽成真空，所以能有效吸收太陽能。

在該器具的集熱管內(nèi)可以燒水和煮熟各種食物等。

子課題　 太陽能發(fā)電

小制作、小發(fā)明參考

自己設(shè)計(jì)幾個(gè)用太陽能電池供電的電路、尋找材料并動手制作，如太陽能小車，太陽能涼帽、太陽能風(fēng)車、太陽能石英鐘并介紹電路原理圖、實(shí)物、制作與使用過程中的體會。或親手創(chuàng)作廣告，畫，歌曲、詩詞、小品(但一定要和主題相關(guān))。

太陽能涼帽的制作

器材：太陽能電池一組、多用電表一只、導(dǎo)線若干；太陽能涼帽套件(包括涼帽、太陽能電池、電動機(jī)、風(fēng)扇葉片、導(dǎo)線、螺釘?shù)?；電烙鐵(包括松香和焊錫)、鑷子、螺釘旋具、射燈(或電燈)若干等。

操作：

①仔細(xì)觀看實(shí)物，看看太陽能電池組由幾塊太陽能電池板組合而成，它的正負(fù)極在哪里?思考為什么將太陽能電池板和風(fēng)扇放置在這些位置?

②參照實(shí)物畫出太陽能涼帽的電路圖。

③動手制作并思考太陽能涼帽在制作和使用過程中存在的缺點(diǎn)，考慮應(yīng)怎樣改進(jìn)。

太陽能石英鐘的制作

器材：太陽能電池一組、石英鐘一只、導(dǎo)線若干；電烙鐵(包括松香和焊錫)等。

①參照實(shí)物畫出太陽能石英鐘的電路圖。

②動手制作并思考太陽能石英鐘在制作和使用過程中存在的缺點(diǎn)，考慮應(yīng)怎樣改進(jìn)。

太陽花的制作

把太陽能電池與電子鐘的機(jī)芯和玫瑰花、仿真蝴蝶等巧妙地結(jié)合起來，將此裝置放在窗臺上，只要有很弱的陽光照射，就能驅(qū)動機(jī)芯旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)周期約為1min，蝴蝶就會在花的周圍翩翩起舞，栩栩如生，賞心悅目。

太陽能模型賽車

將太陽能電池、電動機(jī)、車輪、傳動機(jī)構(gòu)組裝成一輛模型賽車，在陽光充足的室外場地進(jìn)行的直線行走、走曲線撞物的賽車比賽，也可在室內(nèi)仿日光條件下進(jìn)行比賽。

比賽規(guī)則：車的結(jié)構(gòu)大小不限，但不能使用普通電池和蓄電池，只靠一片太陽能電池利用太陽光產(chǎn)生的電流獲得動力。

思考：你制作的太陽能模型賽車在比賽時(shí)表現(xiàn)如何?怎樣改進(jìn)?

風(fēng)能、光能兩用發(fā)電機(jī)組的制作

如圖所示，將太陽能電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)巧妙地結(jié)合在一起，有陽光，沒有風(fēng)時(shí)它能發(fā)電；有風(fēng)，沒有陽光時(shí)它也能發(fā)電。當(dāng)然兩者都具備時(shí)更能發(fā)電。還可以通過變換，利用太陽能帶動葉輪轉(zhuǎn)動，成為一臺太陽能電扇，這時(shí)“發(fā)電機(jī)”成了電動機(jī)。

附2：太陽能電池的介紹

(1)太陽能電池的原理。

太陽能電池是由半導(dǎo)體材料制成的，它利用材料內(nèi)部的光生伏打效應(yīng)產(chǎn)生電勢差，構(gòu)成電源。

半導(dǎo)體材料硅是+4價(jià)元素，有4個(gè)價(jià)電子。當(dāng)摻入少量雜質(zhì)元素磷后，若干個(gè)硅原子中會有一個(gè)被+5價(jià)的磷原子所替代(圖1)，這時(shí)它就多余一個(gè)價(jià)電子，成為自由電子，這種有多余自由電子的半導(dǎo)體叫做N型半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體硅中摻有+3價(jià)雜質(zhì)元素硼之后，同樣會出現(xiàn)一個(gè)硅原子被硼原子替代的情況(圖2)。由于硼是三價(jià)的，這時(shí)它就缺少一個(gè)價(jià)電子，即多余一個(gè)空穴，這種半導(dǎo)體導(dǎo)電時(shí)呈空穴遷移的形式，即一個(gè)別處的電子進(jìn)入一個(gè)空穴時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)帶正電的空穴遷移到別處，這種半導(dǎo)體叫做P型半導(dǎo)體。

圖1　 N型半導(dǎo)體	圖2　 P型半導(dǎo)體

當(dāng)一塊硅片一面制成N型半導(dǎo)體，另一面制成P型半導(dǎo)體時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個(gè)特殊的薄層(圖3)，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層，這個(gè)薄層叫做空間電荷區(qū)。

太陽能電池就跟半導(dǎo)體的這種結(jié)構(gòu)有關(guān)。

如圖4所示，當(dāng)能量大于某一值的入射光子進(jìn)入P-N結(jié)時(shí)，材料吸收光子后產(chǎn)生一組一組的電子-空穴對，自由電子被內(nèi)電場加速后進(jìn)入N區(qū)；同理，N區(qū)的空穴也被內(nèi)電場加速后進(jìn)入P區(qū)，于是所產(chǎn)生的電子和空穴被分離到兩邊形成電荷累積。P型一側(cè)帶正電，N型一側(cè)帶負(fù)電，從而形成電勢差。對外相當(dāng)于一個(gè)電源，一旦外電路接上負(fù)載電阻，就能形成電流。

圖3	圖4

(2)太陽能電池的種類。

目前，太陽能電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，可達(dá)20%以上，但價(jià)格也最昂貴；非晶態(tài)硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最低，但價(jià)格最便宜。

容易折疊的柔性太陽能電池

　(3)太陽能電池的發(fā)展。

目前，效率最高的太陽能電池，能將36%的入射太陽能轉(zhuǎn)變成電能。與此相比，現(xiàn)有的大多數(shù)太陽能電池的效率只有10%－15%。

科學(xué)家還采用有機(jī)材料和無機(jī)材料的混合物來制作太陽能電池，研制成功了利用無機(jī)納米棒制作的太陽能電池，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換率。它可用在“智能衣服”上，使人們在散步或曬日光浴時(shí)就能對隨身聽、單放機(jī)、掌上電器甚至手機(jī)等進(jìn)行充電。

2、　 用DIS的溫度傳感器測試自制的悶曬式太陽能集熱箱的效率和性能，與其他小組的作品比一比誰的集熱箱的性能更好。

略

子課題2：太陽能的熱利用

小制作、小發(fā)明參考

簡易悶曬式太陽能集熱箱

1、　 制作簡單的太陽能集熱箱，研究不同顏色的材料對太陽輻射吸收的狀況，思考如何合理利用太陽能。(見課本P115)

根據(jù)太陽能的特點(diǎn)，必須解決以下四個(gè)基本技術(shù)問題，才能有效地加以利用。

1、　 太陽能采集 2、太陽能轉(zhuǎn)換 3、太陽能貯存 4、太陽能輸運(yùn)

太陽能開發(fā)利用是當(dāng)今國際上一大熱點(diǎn)，經(jīng)過最近20多年的努力，太陽能技術(shù)有了長足進(jìn)步，太陽能利用領(lǐng)域已由生活熱水，建筑采暖等擴(kuò)展到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)許多部門，人們已經(jīng)強(qiáng)烈意識到，一個(gè)廣泛利用太陽能和可再生能源的新時(shí)代--太陽能時(shí)代即將來到。