1. 认识传感器教学设计高中物理人教版2019选择性必修 第二册-人教版2019

1.认识传感器教学设计高中物理人教版2019选择性必修第二册-人教版2019课题：XX科目：XX班级：XX年级课时：计划1课时教师：XX老师单位：XX一、教学内容分析1.本节课的主要教学内容。人教版2019选择性必修第二册“传感器及其工作原理”一节，主要内容包括传感器的定义、基本组成，常见传感器（光敏电阻、热敏电阻、力传感器等）的工作原理，以及传感器在简单电路中的应用实例。

2.教学内容与学生已有知识的联系。本节内容基于学生已学的电磁感应、欧姆定律、电路分析等知识，通过分析传感器元件的电阻变化与外界物理量（光、热、力）的关系，将电磁学原理与实际应用结合，深化对物理规律的理解和应用能力。二、核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过本节课学习，学生能形成传感器将非电学量转化为电信号的物理观念，理解光敏电阻、热敏电阻等元件的电阻变化与外界物理量的关系；通过分析传感器工作原理，提升模型建构与推理论证的科学思维能力；经历设计简单传感器应用电路的过程，发展提出问题、设计方案、分析数据的科学探究能力；体会传感器在现代科技中的应用，培养科技应用意识和社会责任感。三、教学难点与重点1.教学重点：本节课的核心内容包括传感器的定义与基本组成，常见传感器如光敏电阻、热敏电阻的工作原理，以及传感器在简单电路中的应用。例如，光敏电阻随光强变化电阻的特性，用于自动路灯控制；热敏电阻随温度变化电阻的特性，用于温度计设计。这些内容是理解传感器功能和应用的基础，教师需重点讲解传感器如何将非电学量转化为电信号。

2.教学难点：本节课的难点在于理解传感器工作原理的物理机制和电路分析过程。例如，学生难以掌握光敏电阻的电阻变化如何影响电路电流，导致自动开关失效；或设计简单电路时，无法正确连接热敏电阻实现温度报警。这些难点要求教师通过实验演示和问题引导，帮助学生突破传感器与电路结合的抽象概念。四、教学方法与策略1.选择教学方法：采用讲授法讲解传感器定义与工作原理，讨论法分析课本中的光敏电阻应用案例，案例研究法结合实际电路设计。

2.设计教学活动：组织实验活动测试热敏电阻阻值变化，角色扮演模拟路灯自动控制，游戏竞赛强化传感器知识。

3.确定教学媒体：使用PPT展示传感器图片和电路示意图，配备实验器材如光敏电阻、电源、导线。五、教学过程**环节一：情境导入，感知传感器（5分钟）**

同学们，每天走进教室，你们有没有注意到灯光会随着自然光的强弱自动调节？（停顿，观察学生反应）对，这就是智能灯光系统！天黑时灯自动亮，天亮时自动灭，靠的就是教室里的“眼睛”——传感器。今天我们就来认识这些神奇的“感觉器官”，看看它们如何把光、热、力等我们看不见的物理量，变成电信号，让机器“聪明”起来。请大家翻开课本第78页，今天我们学习“传感器及其工作原理”。

**环节二：新课讲授，构建核心概念（30分钟）**

**1.传感器的定义与基本组成**

（板书：一、传感器的定义）课本第78页明确给出：“传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定规律转换为电压、电流等电学量或转换为电路的通断的元件。”简单说，传感器就是“翻译官”，把非电学量“翻译”成电学量。

（展示传感器结构示意图，边画边讲）任何传感器都有三部分：敏感元件（直接感受非电学量，比如光敏电阻的“光敏层”）、转换元件（把敏感元件的变化转为电学量，比如光敏电阻的电阻变化）、转换电路（把电阻变化转为电压/电流信号，比如分压电路）。这三部分缺一不可，就像我们的眼睛（视网膜感光→视神经传信号→大脑处理）。

**2.光敏电阻的工作原理**

（拿出光敏电阻实物）同学们看这个元件，它叫光敏电阻，课本第79页重点讲了它的特性。光敏电阻是用硫化镉等半导体材料制成的，它的核心特点是“光强越强，电阻越小”。为什么呢？（引导学生回忆半导体知识）半导体中有载流子（电子和空穴），光照越强，载流子越多，导电能力越强，电阻自然越小。

（课本图5.1-1展示光控路灯电路）这个电路中，光敏电阻R1与定值电阻R2串联，继电器J并联在R1两端。天黑时，光弱→R1阻值大→R1分压大→继电器两端电压达到吸合电压→触点闭合→灯亮；天亮时，光强→R1阻值小→分压小→继电器不工作→灯灭。这就是光控路灯的原理！

**3.热敏电阻的工作原理**

（拿出热敏电阻和温度计）接下来看热敏电阻，课本第80页分为PTC（正温度系数）和NTC（负温度系数）。我们实验常用的是NTC，它的特性是“温度越高，电阻越小”。比如冬天用手摸NTC热敏电阻，阻值较大；放入热水中，阻值明显减小。

（课本图5.1-3热敏电阻温度计）这个电路中，热敏电阻Rt与电流表串联。温度升高→Rt阻值减小→电路总电流增大→电流表示数变大。通过电流表的示数，就能知道温度高低，这就是热敏电阻温度计的原理！

**4.力传感器的工作原理**

（课本第81页电子秤案例）电子秤的核心是力传感器，它用的是应变片。应变片贴在弹性钢片上，当物体放在秤上时，钢片形变→应变片被拉伸或压缩→电阻发生变化→电压变化。电压大小与压力成正比，所以通过电压就能知道物体重量。这就是“力→形变→电阻→电压”的转化过程！

**环节三：实验探究，突破难点（40分钟）**

**活动1：探究光敏电阻的光照特性（15分钟）**

（每组发放器材：光敏电阻、3V电源、滑动变阻器、电压表、导线、手电筒）同学们，现在我们通过实验验证光敏电阻“光强越强，电阻越小”的特性。请按照课本第79页“做一做”的步骤连接电路：光敏电阻与滑动变阻器串联，电源、电压表并联在光敏电阻两端。

（巡视指导）连接时注意电源正负极，电压表选“0-3V”量程。好，现在调节滑动变阻器，使电压表示数为1V（此时光敏电阻阻值为R1=U1/I，I=U总/(R1+R滑)）。接下来用手电筒照射光敏电阻，逐渐增强光照，观察电压表示数变化——（学生操作）对，电压表示数减小了！这说明光照增强，光敏电阻阻值减小。现在遮挡手电筒，光照减弱，电压表示数又增大了，验证了我们的结论！

**活动2：探究热敏电阻的温度特性（15分钟）**

（每组发放器材：NTC热敏电阻、3V电源、电流表、导线、烧杯、热水、冰水、温度计）接下来我们探究热敏电阻的温度特性。连接电路：热敏电阻与电流表串联接入电源。将热敏电阻放入冰水中，记录电流表示数和温度（比如0℃，电流为0.1A）；然后向烧杯中加热水，每升高5℃记录一次电流，直到50℃（学生操作并记录数据）。

（小组讨论）请分析数据：温度从0℃升到50℃，电流如何变化？（学生回答）电流从0.1A增大到0.3A！这说明温度升高，NTC热敏电阻阻值减小，与课本结论一致。为什么温度会影响电阻呢？（引导学生思考）温度升高，半导体载流子热运动加剧，导电能力增强，电阻减小。

**活动3：设计简易光控电路（10分钟）**

（每组发放器材：光敏电阻、LED灯、3V电池、导线、继电器模块）现在我们来挑战一个任务：设计一个“天黑亮灯、天亮灭灯”的简易光控电路。参考课本第79页图5.1-1，简化电路：光敏电阻R1与定值电阻R2串联，继电器线圈并联在R1两端，LED灯与继电器常开触点串联，接电源。

（学生分组设计，教师指导）注意继电器的工作电压，这里用3V继电器。连接好后，用手电筒模拟“天亮”（光照强），LED灯不亮；遮挡手电筒模拟“天黑”（光照弱），LED灯亮了！成功！这个电路中，光敏电阻就是“眼睛”，继电器是“开关”，LED灯是“执行者”，三者配合实现了自动控制。

**环节四：巩固练习，深化理解（10分钟）**

**1.分析课本例题（第82页例题）**

（投影题目）如图是光控路灯电路，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，J为继电器，L为灯泡。当光照由强变弱时，灯泡L的亮暗变化情况如何？请分析原因。

（学生思考后回答）光照由强变弱→R1阻值增大→R1两端电压增大→继电器J两端电压达到吸合电压→触点闭合→灯泡L亮！完全正确！

**2.判断传感器类型**

（提问）电子秤中使用的传感器是什么类型？（学生回答）力传感器（应变式）！电饭煲中控制温度的传感器呢？（学生回答）热敏电阻（PTC）！非常好！

**3.设计题拓展**

（提问）如果要设计一个“温度越高，风扇转得越快”的温控电路，应该用什么传感器？如何连接？（学生讨论）用NTC热敏电阻与定值电阻串联，电压表测热敏电阻两端电压，电压输入风扇调速端——温度越高，热敏电阻阻值越小，分压越小，风扇转速越快？不对，应该反过来，热敏电阻与定值电阻串联，风扇接在总电压上，温度越高，电流越大，风扇转速越快！思路正确！

**环节五：总结提升，构建体系（5分钟）**

同学们，今天我们学习了传感器的核心知识：定义（非电学量转电学量）、组成（敏感元件、转换元件、转换电路）、常见传感器（光敏电阻：光→电阻；热敏电阻：温度→电阻；力传感器：力→电阻）。传感器的本质是“物理原理的应用”，比如光电效应、热敏效应、应变效应，这些课本中的物理知识，通过传感器变成了实用的技术。

**环节六：布置作业，延伸应用**

1.观察生活中的传感器：记录手机中的光线传感器、空调中的温度传感器的作用，并用课本知识分析其工作原理。

2.实践作业：用光敏电阻、LED灯、3V电池制作一个简易光控LED灯，记录制作过程和现象。

3.完成课本第83页习题1-3（基础巩固）和第5题（拓展应用）。

下课！同学们课后多观察生活中的传感器，感受物理与科技的紧密联系！六、拓展与延伸1.拓展阅读材料

（1）传感器的发展历程：从早期工业自动化中的机械式传感器（如水银温度计）到现代半导体传感器，传感器技术经历了从模拟到数字、从单一功能到智能化的演变。课本第78页提到传感器是“非电学量转换为电学量”的元件，而现代传感器已集成微处理器，具备自校准、自诊断功能，如智能手机中的加速度传感器采用MEMS技术，体积仅几平方毫米却能精确测量三维加速度。

（2）光敏电阻的深度应用：课本第79页介绍了光敏电阻的光控路灯应用，其核心是“光强变化→电阻变化→电压变化”的转换。在摄影器材中，光敏电阻构成测光系统，通过调节曝光参数保证成像清晰；在太阳能跟踪系统中，光敏电阻阵列检测太阳光入射角度，驱动电机调整光伏板朝向，提高发电效率。

（3）热敏电阻的分类特性：课本第80页区分了PTC和NTC热敏电阻。PTC（正温度系数）在达到居里温度后电阻急剧增大，常用于电子设备的过流保护（如电脑电源的限流电路）；NTC（负温度系数）在测温领域应用广泛，如空调的室温传感器、医疗电子体温计，其阻值与温度呈指数关系，需通过查表或公式换算得到精确温度值。

（4）力传感器的多样化设计：课本第81页电子秤采用应变片式力传感器，而工业领域还常用压电传感器（如压力测试仪）和电容式传感器（如精密天平）。压电传感器利用压电效应（课本选修3-3中提及），当受力时晶体表面产生电荷，输出电荷量与压力成正比，适用于动态力测量；电容式传感器通过极板间距变化改变电容，测量精度可达0.01%，用于微重力实验。

（5）传感器的信号处理：课本中传感器输出的电学量需进一步处理才能应用。例如光敏电阻的电阻变化需通过电桥电路（如惠斯通电桥）转换为电压信号，再经放大电路（运算放大器）增强，最后由ADC（模数转换器）转为数字信号供单片机处理，这一过程在课本“简单的逻辑电路”章节中已有基础铺垫。

2.课后自主探究

（1）实验设计改进：课本第79页“做一做”实验中，光敏电阻阻值变化可通过电压表观察，但若想定量分析光照强度与电阻的关系，可增加照度计测量光强（单位：勒克斯），记录不同光照下光敏电阻的电压值，计算电阻（R=U/I），绘制R-光照强度曲线，验证其非线性特性（半导体光敏电阻的电阻与光强呈反比关系）。

（2）生活传感器调研：观察家中智能设备（如空调、冰箱、洗衣机），记录所用传感器类型及作用。例如冰箱的温度传感器多为NTC热敏电阻，通过检测冷藏室温度控制压缩机启停；洗衣机的水位传感器采用压力式传感器，通过检测水压判断水位高度，结合课本“气体实验定律”分析其原理。

（3）简易电路创新设计：基于课本第79页光控路灯电路，设计一个“声光双控灯”。在原电路中增加声音传感器（如驻极体话筒），当环境光较弱且声音强度超过阈值时，继电器吸合使灯亮。需注意声音传感器输出的微弱信号需先放大，可结合课本“多用电表的使用”章节调试电路参数。

（4）科技前沿追踪：查阅资料了解物联网（IoT）中的传感器网络。例如智能家居中，温湿度传感器（DHT11）、人体红外传感器（HC-SR501）等组成分布式网络，将数据上传至云端实现远程控制。思考这些传感器如何与课本中的“电磁波”“数据通信”知识关联，体会“物理原理→技术应用→社会生活”的逻辑链条。

（5）误差分析实践：用热敏电阻制作简易温度计（课本第80页），对比其与水银温度计的测量差异。分析误差来源：热敏电阻的自身发热（电流通过导致温度升高）、环境温度波动、读数延迟等，思考如何通过减小测量电流、增加隔热措施优化精度，培养实验探究中的严谨态度。七、教学评价与反馈1.课堂表现：观察学生参与实验操作的规范性，如光敏电阻电路连接时是否正确选择电压表量程，热敏电阻温度实验中数据记录的及时性；关注回答问题的准确性，如能否准确阐述光敏电阻“光强越强、电阻越小”的原理，分析光控路灯电路时是否明确分压变化过程。

2.小组讨论成果展示：评估小组对传感器工作原理分析的深度，如是否结合课本半导体载流子知识解释热敏电阻阻值随温度变化的原因；电路设计方案的可行性，如简易光控电路中继电器工作电压匹配是否合理，是否体现“非电学量转电学量”的核心思想。

3.随堂测试：通过选择题考查传感器定义（如区分传感器与普通电阻）、填空题考查光敏电阻特性（如“光照增强时，光敏电阻阻值______”）、简答题分析课本例题（如光控路灯光照变化时灯泡亮暗原因），检测核心知识掌握情况。

4.作业完成情况：检查课后观察记录是否准确识别家中设备传感器类型（如空调温度传感器为NTC热敏电阻），实践作业中简易光控LED灯是否能实现“天黑亮灯”功能，电路连接是否规范。

5.教师评价与反馈：肯定学生实验操作积极性和原理分析逻辑性，针对部分学生在继电器电路设计中工作电压理解不足的问题，建议结合课本“电路欧姆定律”加强分压电路计算训练；鼓励学生多联系生活实例深化对传感器应用的认识，如分析智能手机光线传感器如何调节屏幕亮度。八、板书设计①**传感器核心概念**

-定义：感受非电学量并转换为电学量的元件（课本第78页）

-组成：敏感元件（直接感受量）→转换元件（量值转换）→转换电路（信号输出）

-本质：物理原理的应用（如光电效应、热敏效应）

②**典型传感器工作原理**

-光敏电阻：光强↑→电阻↓（半导体载流子增多）→分压变化（课本第79页）

-热敏电阻（NTC）：温度↑→电阻↓（载流子热运动加剧）→电流变化（课本第80页）

-力传感器：力→形变→应变片电阻变化→电压输出（课本第81页）

③**应用电路分析**

-光控路灯电路：光敏电阻与定值电阻串联→继电器并联在光敏电阻两端→光照变化触发开关（课本图5.1-1）

-热敏温度计：热敏电阻串联电流表→温度变化→电流示数变化（课本