传感器的应用已经渗透到环境保护、交通运输、航天、军事以及家庭生活等各领域．例如，空调、电冰箱、微波炉、消毒碗柜等与温度控制相关的家用电器，几乎都要使用温度传感器．光传感器的应用也十分广泛，如电脑上的鼠标器、路灯的自动控制及火灾报警器等．

这节课我们就来学习温度传感器和光传感器的应用实例。

在了解传感器原理及应用时，知道已学知识在生活、生产、科技社会中的价值，增强学习兴趣，培养良好的科学态度。

教学重点、难点

重点

各种传感器的应用原理及结构。

难点

各种传感器的应用原理及结构。

教学方法

实验法、观察法、讨论法。

教学手段

演示用的感温铁氧体，磁铁，电烙铁，计算机的鼠标器，光敏电阻，多用表，干电池，蜡烛，各种功率的白炽灯等

教学过程

通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。

2．了解光传感器在鼠标器和火灾报警器上的应用。

1．了解温度传感器在电饭锅和测温仪上的应用。

3、　 将自制的太阳能集热箱改造成简易太阳能热水器，思考采取哪些措施可以提高热水器的热水温度和出水量。

简易太阳灶

　　 取一只大号的汤碗，将香烟锡箔纸展开贴在汤碗内，用金属汤勺的勺背把锡箔纸的皱折压平。在碗底正中,挖去一块锡纸，将挂衣帽的塑料吸盘衣帽钩的吸盘放在该处，压出气体把碗底牢牢吸住，再用夹钳把金属钩扳直。

　　 实验时，把这只贴满锡箔纸的汤碗正对太阳，阳光反射后会聚一点，用小纸片沿碗的半球面的轴线方向移动，光斑最小处就是焦点。在扳直的衣钩上戳一块土豆，使其正在焦点上，不久就烤熟。若取一根火柴，把火柴头放在焦点，不一会儿即见冒烟自燃。

　　 若用大铁锅来取代碗效果更好。

简易太阳能热水器

结构如图所示。小容器B套在大容器A里，它们之间隔有空气，有条件时，最好将其中的空气抽掉或垫上石棉等保温材料，效果更好。“3”是垫在水底的黑绒布，“4”是在玻璃内表面贴上的一层金箔纸(可取自香烟盒)。

太阳光透过玻璃“1”、“2”，射到水中及黑绒布“3”上，黑绒布吸热使底部的水温升高，周围金箔纸反射光和热，随着时间延长，通过对流作用，B内的整箱水都变为热水。

图中B内的水比玻璃盖“2”略高，是为了防止“2”上生水珠，影响光线进入，盖上玻璃盖“1”是为了防止外界空气流动带走热量，B下以支架支撑，是为了防止热量通过容器A传导出去。进水口处使用活动浮塞，既能使水自动流入B内，又能将管口封住，防止热量的损失。

太阳能热水瓶的制作

这个实验器初看像个开了膛的保温瓶，但仔细看，它跟保温瓶的结构大不相同，功能也完全不同，其内部结构如图所示。

器具外壳的内壁上覆有反射涂层，其心脏部分是一个真空集热管。真空集热管有点像保温瓶胆，从外面看是透明的，太阳光可以射入，但内层玻璃的外表面涂有特殊的能量吸收层，照射在上面的太阳能基本上都被吸收，而且集热管像保温瓶胆一样被抽成真空，所以能有效吸收太阳能。

在该器具的集热管内可以烧水和煮熟各种食物等。

子课题　 太阳能发电

小制作、小发明参考

自己设计几个用太阳能电池供电的电路、寻找材料并动手制作，如太阳能小车，太阳能凉帽、太阳能风车、太阳能石英钟并介绍电路原理图、实物、制作与使用过程中的体会。或亲手创作广告，画，歌曲、诗词、小品(但一定要和主题相关)。

太阳能凉帽的制作

器材：太阳能电池一组、多用电表一只、导线若干；太阳能凉帽套件(包括凉帽、太阳能电池、电动机、风扇叶片、导线、螺钉等)；电烙铁(包括松香和焊锡)、镊子、螺钉旋具、射灯(或电灯)若干等。

操作：

①仔细观看实物，看看太阳能电池组由几块太阳能电池板组合而成，它的正负极在哪里?思考为什么将太阳能电池板和风扇放置在这些位置?

②参照实物画出太阳能凉帽的电路图。

③动手制作并思考太阳能凉帽在制作和使用过程中存在的缺点，考虑应怎样改进。

太阳能石英钟的制作

器材：太阳能电池一组、石英钟一只、导线若干；电烙铁(包括松香和焊锡)等。

①参照实物画出太阳能石英钟的电路图。

②动手制作并思考太阳能石英钟在制作和使用过程中存在的缺点，考虑应怎样改进。

太阳花的制作

把太阳能电池与电子钟的机芯和玫瑰花、仿真蝴蝶等巧妙地结合起来，将此装置放在窗台上，只要有很弱的阳光照射，就能驱动机芯旋转，旋转周期约为1min，蝴蝶就会在花的周围翩翩起舞，栩栩如生，赏心悦目。

太阳能模型赛车

将太阳能电池、电动机、车轮、传动机构组装成一辆模型赛车，在阳光充足的室外场地进行的直线行走、走曲线撞物的赛车比赛，也可在室内仿日光条件下进行比赛。

比赛规则：车的结构大小不限，但不能使用普通电池和蓄电池，只靠一片太阳能电池利用太阳光产生的电流获得动力。

思考：你制作的太阳能模型赛车在比赛时表现如何?怎样改进?

风能、光能两用发电机组的制作

如图所示，将太阳能电池和风力发电机巧妙地结合在一起，有阳光，没有风时它能发电；有风，没有阳光时它也能发电。当然两者都具备时更能发电。还可以通过变换，利用太阳能带动叶轮转动，成为一台太阳能电扇，这时“发电机”成了电动机。

附2：太阳能电池的介绍

(1)太阳能电池的原理。

太阳能电池是由半导体材料制成的，它利用材料内部的光生伏打效应产生电势差，构成电源。

半导体材料硅是+4价元素，有4个价电子。当掺入少量杂质元素磷后，若干个硅原子中会有一个被+5价的磷原子所替代(图1)，这时它就多余一个价电子，成为自由电子，这种有多余自由电子的半导体叫做N型半导体。

半导体硅中掺有+3价杂质元素硼之后，同样会出现一个硅原子被硼原子替代的情况(图2)。由于硼是三价的，这时它就缺少一个价电子，即多余一个空穴，这种半导体导电时呈空穴迁移的形式，即一个别处的电子进入一个空穴时，相当于一个带正电的空穴迁移到别处，这种半导体叫做P型半导体。

图1　 N型半导体	图2　 P型半导体

当一块硅片一面制成N型半导体，另一面制成P型半导体时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层(图3)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层，这个薄层叫做空间电荷区。

太阳能电池就跟半导体的这种结构有关。

如图4所示，当能量大于某一值的入射光子进入P-N结时，材料吸收光子后产生一组一组的电子-空穴对，自由电子被内电场加速后进入N区；同理，N区的空穴也被内电场加速后进入P区，于是所产生的电子和空穴被分离到两边形成电荷累积。P型一侧带正电，N型一侧带负电，从而形成电势差。对外相当于一个电源，一旦外电路接上负载电阻，就能形成电流。

图3	图4

(2)太阳能电池的种类。

目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，可达20%以上，但价格也最昂贵；非晶态硅太阳能电池转换效率最低，但价格最便宜。

容易折叠的柔性太阳能电池

　(3)太阳能电池的发展。

目前，效率最高的太阳能电池，能将36%的入射太阳能转变成电能。与此相比，现有的大多数太阳能电池的效率只有10%－15%。

科学家还采用有机材料和无机材料的混合物来制作太阳能电池，研制成功了利用无机纳米棒制作的太阳能电池，提高了电池的光电转换率。它可用在“智能衣服”上，使人们在散步或晒日光浴时就能对随身听、单放机、掌上电器甚至手机等进行充电。

2、　 用DIS的温度传感器测试自制的闷晒式太阳能集热箱的效率和性能，与其他小组的作品比一比谁的集热箱的性能更好。

略

子课题2：太阳能的热利用

小制作、小发明参考

简易闷晒式太阳能集热箱

1、　 制作简单的太阳能集热箱，研究不同颜色的材料对太阳辐射吸收的状况，思考如何合理利用太阳能。(见课本P115)

根据太阳能的特点，必须解决以下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。

1、　 太阳能采集 2、太阳能转换 3、太阳能贮存 4、太阳能输运

太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代--太阳能时代即将来到。