高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 认识传感器一等奖教案设计

-1-高中物理人教版(2019)选择性必修第二册1认识传感器一等奖教案设计教学设计课题课型新授课√□章/单元复习课□专题复习课□习题/试卷讲评课□学科实践活动课□其他□设计思路一、设计思路以生活实例（如手机亮度调节、智能家居）创设情境，激发兴趣；通过光敏电阻、热敏电阻等分组实验，引导学生自主探究传感器“非电学量→电学量”的转换原理；结合课本案例（电子秤、火灾报警器），分析传感器结构与应用，深化对“感知+转换”核心的理解；最后通过设计简易传感器应用方案，培养科学探究与创新能力，落实物理核心素养。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过传感器原理学习，形成“能量与相互作用”的物理观念，理解非电学量向电学量转换的核心逻辑；通过分析光敏电阻、热敏电阻等实例，提升模型建构与科学推理能力；通过实验探究传感器特性，培养实验设计与数据分析的科学探究能力；结合电子秤、火灾报警器等应用，体会技术应用价值，增强社会责任感。教学难点与重点三、教学难点与重点1.教学重点：传感器的工作原理（非电学量→电学量转换），如光敏电阻将光照强度变化转化为电阻变化，是理解所有传感器的基础；常见传感器的特性，如热敏电阻的阻值随温度升高而减小，光敏电阻的阻值随光照增强而减小，这些特性是设计应用的核心依据；传感器的基本结构（敏感元件、转换元件、电路部分），如电子秤的压力传感器通过应变片形变转化为电压信号，帮助学生建立“感知-转换-输出”的整体认知。2.教学难点：传感器转换过程的微观机制，如热敏电阻温度升高→载流子增多→电阻减小，学生易混淆“电阻变化的原因”；传感器特性的定量分析，如通过实验数据绘制光敏电阻的阻值-光照强度图像，学生难理解非线性关系；传感器应用中的电路逻辑，如火灾报警器中热敏电阻与继电器的配合（温度升高→电阻减小→电流增大→继电器吸合→报警），学生难分析各元件的联动关系。教学资源四、教学资源软硬件资源：传感器实验套件（光敏电阻、热敏电阻、力传感器）、示波器、学生电源、滑动变阻器、数字万用表、实物投影仪、多媒体教室设备；课程平台：智慧课堂系统、希沃白板、物理实验教学管理平台；信息化资源：传感器工作原理动画、常见传感器应用视频（电子秤、火灾报警器）、传感器特性数据采集软件；教学手段：实验探究法、小组合作学习、案例分析教学法。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对传感器的生活关联性兴趣，激发其探索传感器工作原理的欲望。

过程：

开场提问：“同学们，早上起床用手机闹钟，进教室自动亮灯，回家时智能门锁识别指纹——这些场景中，是什么‘小帮手’在默默感知我们的需求并做出反应？”

展示图片/视频片段：智能家居中控面板调节灯光（光敏传感器）、电子秤称重（压力传感器）、电梯超载报警（力传感器）的动态工作过程，让学生直观感受“无感知，不智能”。

简短介绍：传感器是“连接物理世界与电路系统的桥梁”，本节课将揭开它“非电学量→电学量”转换的神秘面纱，理解为何它能成为现代科技的“神经末梢”。

2.传感器基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生掌握传感器的核心定义、三部分结构及转换逻辑，建立“感知-转换-输出”的认知框架。

过程：

讲解定义：结合课本P3“传感器的定义”，明确传感器是“能感受力、热、光、声等非电学量，并按规律转换为电学量（电压/电流/通断）的元件”。

结构拆解：用板书图示（对应课本P4图1.1-1）分析三部分——敏感元件（如光敏电阻的“CdS”光敏层，直接感受光照）、转换元件（将敏感元件输出转为电信号，如光敏电阻的“电阻变化”）、转换电路（如分压电路将电阻变化转为电压输出，课本P4“做一做”实验电路）。

实例印证：以课本P5热敏电阻为例，说明其敏感元件为金属氧化物半导体，温度升高→载流子增多→电阻减小，实现“温度→电阻”转换，引申“转换规律”是传感器设计的核心。

3.传感器案例分析（20分钟）

目标：通过课本典型应用案例，深化对传感器特性（如灵敏度、线性度）的理解，体会其技术价值。

过程：

案例1：电子秤的压力传感器（课本P6“问题与练习”第2题）。背景：超市电子秤的精准称重；特点：应变片式压力传感器，压力使应变片形变→电阻变化→电桥输出电压信号，经放大后显示重量；意义：体现传感器在“精确测量非电学量”中的核心作用，引导学生思考“为何电阻变化能反映压力大小？”（形变→电阻率变化→电阻变化）。

案例2：火灾报警器的热敏电阻电路（课本P5图1.1-3）。背景：高层住宅消防安全；特点：NTC热敏电阻（负温度系数），温度升高→电阻减小→回路电流增大→达到继电器动作电流→触发蜂鸣器报警；意义：强调传感器“阈值触发”的逻辑，结合课本P5“思考与讨论”，提问“若更换为PTC热敏电阻（正温度系数），电路应如何调整？”（需串联在干路，温度升高→电阻增大→电流减小→继电器断开报警）。

案例3：光控路灯的光敏电阻电路（课本P4“做一做”延伸）。背景：城市路灯节能控制；特点：光敏电阻与LED串联，光照强→电阻小→分压小→LED不亮；光照弱→电阻大→分压大→LED亮；意义：关联课本P3“传感器的作用是自动化控制的关键”，引导学生分析“可变电阻R的作用”（调节灵敏度，避免环境光干扰）。

小组讨论：每组选择一个案例，讨论“其传感器的局限性及改进方向”（如电子秤的应变片易受温度漂移影响，可增加温度补偿传感器；火灾报警器易因烹饪误报，可增加烟雾传感器联动），限时5分钟。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：通过合作探究，培养运用传感器知识解决实际问题的能力，深化对“技术-社会”关系的理解。

过程：

分组任务：以4人小组为单位，从以下主题中选1个：①“教室智能照明系统设计”（需用光敏传感器检测光照、人体红外传感器检测occupancy）；②“校园智能垃圾桶”（用红外传感器检测满溢、重量传感器监测垃圾量）；③“农业大棚环境监控”（用温湿度传感器、CO₂传感器联动控制通风/灌溉）。

讨论要求：结合课本传感器特性，分析需用哪些传感器、如何连接电路（参考课本P4分压电路）、可能遇到的干扰（如光敏传感器受灯光影响）及解决方案（加滤波电路）。

成果准备：每组梳理出“传感器选型-工作原理-电路逻辑-改进措施”，推选1名代表展示。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：通过成果分享与互动点评，提升学生的表达与批判性思维能力，巩固传感器应用的综合认知。

过程：

小组展示：每组代表限时2分钟，结合板书图示说明方案。例如，智能照明组展示：“光敏电阻（RL）与定值电阻R₀串联，并联在电源上；人体红外传感器（输出高电平）控制继电器。当光照弱（RL大）且有人体红外信号时，继电器吸合，LED灯亮。”

互动提问：其他组可提问，如“人体红外传感器的检测范围如何确定？”“若光敏电阻老化（灵敏度下降），如何校准？”教师引导结合课本P5“传感器的特性参数”解答。

教师点评：肯定各组创新点（如智能垃圾桶组提出“超声波传感器替代红外，解决透明垃圾检测问题”），指出共性不足（如未考虑传感器功耗，可选用低功耗型号）；总结“传感器应用需平衡‘精度-成本-可靠性’”，强调课本P6“科学漫步”中“传感器是物联网的基础，推动智能化发展”。

6.课堂小结（5分钟）

目标：系统梳理本节课核心内容，强化传感器与生活、科技的关联，激发后续探究兴趣。

过程：

回顾总结：板书梳理“传感器定义→三部分结构→核心原理（非电→电转换）→应用案例（电子秤/报警器/光控）→设计逻辑（选型-电路-优化）”。

强调价值：结合课本P2“本章导语”，指出“传感器让机器拥有‘感知’，是人工智能、5G、物联网的基石，未来将在医疗（可穿戴监测）、环保（空气质量检测）等领域发挥更大作用”。

布置作业：①完成课本P7“习题1.1”第3题（光敏电阻特性实验数据绘制图像）；②调查家庭中3个传感器设备（如智能手环心率传感器、空调温湿度传感器），记录其工作原理并尝试画出简易电路图（下节课分享）。教学资源拓展1.拓展资源：传感器发展历程与教材关联：结合课本P2“科学漫步”，补充传感器从19世纪温度计、湿度计到现代MEMS（微机电系统）的演变，强调其推动工业自动化、智能化的作用；传感器分类深化：在教材光敏、热敏、力传感器基础上，补充声控传感器（声音→电信号，如楼道灯）、湿度传感器（湿度→电阻/电容变化，如空调除湿）、气体传感器（气体浓度→电阻变化，如烟雾报警器），关联课本P6“常见传感器类型”表格；传感器特性实验延伸：针对课本P4“做一做”光敏电阻实验，提供“光照强度与阻值非线性关系”探究方案（用手机闪光灯调节亮度，记录万用表阻值），深化对教材P5“传感器特性参数”的理解；传感器前沿应用案例：结合教材P6“STS”，列举智能穿戴设备（心率传感器PPG技术）、环境监测（PM2.5传感器）、工业机器人（力矩传感器）实例，说明传感器在物联网、人工智能中的核心地位。

2.拓展建议：文献阅读建议：阅读课本P7“科学漫步”《传感器的未来》，撰写“传感器如何改变生活”短文，结合教材P3“传感器的作用”分析其社会价值；实验设计建议：利用教材P4分压电路，设计“教室温湿度监测仪”（热敏电阻+湿敏电阻+LED指示灯），分析不同温湿度下电路参数变化，关联课本P5“传感器应用电路”设计逻辑；社会调查建议：调查家庭中的智能设备（如智能手环、扫地机器人），记录所用传感器类型（如加速度传感器、碰撞传感器），对照教材P6“传感器应用实例”分类整理；跨学科联系建议：结合数学函数图像，分析教材P5热敏电阻“R-T曲线”的非线性特征，用Excel拟合函数，理解传感器灵敏度与曲线斜率的关系；科技制作建议：利用教材实验套件，制作“简易光控路灯”（光敏电阻+继电器+LED），调试光照阈值，体会教材P3“传感器实现自动控制”的原理。教学反思与改进七、教学反思与改进

本节课通过实验探究和案例分析，学生对传感器“非电→电”转换原理有了基本理解，但实际教学中发现部分学生对传感器特性参数（如灵敏度、线性度）的理解仍较模糊，尤其在分析热敏电阻R-T曲线时，对非线性关系的数学处理存在困难。课后可通过增加“传感器特性参数实验”专项练习，结合课本P5的案例数据，引导学生用Excel拟合函数图像，深化对曲线斜率与灵敏度关系的理解。

小组讨论环节，部分学生聚焦技术细节而忽略社会价值，下次可增设“传感器伦理”辩论题（如“人脸识别传感器的隐私边界”），结合课本P6“STS”栏目，引导学生讨论技术发展中的社会责任。此外，实验环节因时间限制，学生未能充分自主设计电路，下次将提供更开放的实验任务单，允许学生根据课本P4“做一做”的电路框架，自主选择传感器类型搭建简易报警系统，提升工程实践能力。

课后作业中，学生对家庭传感器设备的调查报告流于表面，未来需设计结构化观察表，明确记录传感器类型、工作原理及电路逻辑，并关联课本P6的“常见传感器应用实例”，强化理论与实际的结合。最后，针对部分学生提出的“传感器在物联网中的具体应用”问题，可补充教材P7“科学漫步”的拓展案例，为学有余力的学生提供深度学习路径。板书设计①传感器核心定义

-关键句：感受非电学量→按规律转换→输出电学量（课本P3定义）

-核心词：非电学量（力/热/光/声）、电学量（电压/电流/通断）

-概念提炼：物理世