第3节 大显身手的传感器教学设计高中物理鲁科版选修3-2-鲁科版2004

第3节大显身手的传感器教学设计高中物理鲁科版选修3-2-鲁科版2004课题：课时：授课时间：课程基本信息1.课程名称：第3节大显身手的传感器

2.教学年级和班级：高二年级（1）班

3.授课时间：2023年10月20日第2节课

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标二、核心素养目标通过传感器工作原理分析，深化“能量转化与守恒”“运动与相互作用”的物理观念；通过光敏电阻、热敏电阻等元件特性探究，提升模型建构与科学推理能力；设计简单传感器应用电路，培养问题解决与科学探究素养；结合智能家居、环境监测等实例，体会物理技术的社会价值，增强科学态度与责任。教学难点与重点1.教学重点

①传感器工作原理的理解与应用，特别是非电学量向电学量的转化机制；

②常见传感器（如光敏电阻、热敏电阻）的特性分析及其在简单电路中的实际应用。

2.教学难点

①传感器电路的设计与调试，结合具体情境选择合适的传感器元件并搭建功能电路；

②传感器应用中的误差分析与改进，理解环境因素对测量精度的影响及优化方法。教学方法与手段教学方法：①讲授法，讲解传感器原理与特性；②讨论法，引导学生分析传感器应用案例；③实验法，动手操作传感器电路探究。

教学手段：①多媒体设备，展示传感器工作动画；②教学软件，模拟传感器电路设计；③实验器材，提供光敏电阻等元件进行实践。教学过程1.导入（约5分钟）

激发兴趣：展示智能家居场景视频，提问“灯光如何自动开关？”引出传感器作用。

回顾旧知：复习电阻特性及欧姆定律，强调非电学量转化为电学量的核心思想。

2.新课呈现（约25分钟）

讲解新知：

①传感器定义与分类：按工作原理分物理型（光敏、热敏）、化学型，重点分析光敏电阻阻值随光照变化的特性。

②工作原理：通过光控电路图，解释光敏电阻如何将光信号转化为电压信号。

举例说明：

①光控路灯：演示光敏电阻在强光/弱光下阻值变化，分析电路导通与断开条件。

②电子体温计：对比热敏电阻与水银温度计的响应速度，说明热敏电阻的灵敏性。

互动探究：

①分组实验：提供光敏电阻、LED灯、电源、导线，搭建光控电路，记录不同光照强度下LED亮灭情况。

②讨论问题：“如何用热敏电阻设计简易火灾报警器？”引导学生分析温度阈值设定与电路连接。

3.巩固练习（约15分钟）

学生活动：

①基础任务：根据电路图组装温控报警器，使用热敏电阻、蜂鸣器、滑动变阻器，调整触发温度。

②拓展任务：设计“自动浇水系统”，结合湿度传感器（模拟）与继电器，绘制控制电路图。

教师指导：

①巡视实验，指导学生排查接触不良、元件极性错误等问题。

②对温控报警器触发不灵敏的组别，提示调整滑动变阻器阻值或更换热敏电阻型号。

①抽小组展示电路成果，解释设计思路与工作过程。

②强调传感器在环保、医疗领域的应用，渗透技术伦理教育。教学资源拓展六、教学资源拓展

1.拓展资源

①**传感器类型与原理深化**

-压电传感器：利用压电效应将压力转化为电信号，应用于声控设备、压力监测系统。

-霍尔元件：基于霍尔效应测量磁场强度，用于转速传感器、电流检测装置。

-气敏传感器：通过电阻变化检测气体浓度，如酒精传感器、空气质量监测仪。

-红外传感器：利用红外辐射特性实现非接触式温度测量、人体感应开关。

②**传感器应用场景拓展**

-工业自动化：流水线上的光电传感器检测物体位置，温度传感器控制加热系统。

-医疗设备：心电传感器监测生物电信号，血氧传感器测量血氧饱和度。

-智能家居：温湿度传感器联动空调系统，烟雾传感器触发消防报警。

-环境监测：PM2.5传感器检测空气质量，土壤湿度传感器指导精准灌溉。

③**传感器技术前沿**

-MEMS传感器：微型化、集成化技术，应用于智能手机加速度计、陀螺仪。

-生物传感器：酶电极检测血糖浓度，抗体传感器快速诊断疾病。

-柔性传感器：可穿戴设备中的柔性压力传感器、应变传感器。

2.拓展建议

①**实验探究**

-拆解旧家电（如空调遥控器、电子秤），观察内部传感器结构，分析工作原理。

-使用Arduino平台搭建简易光控路灯电路，通过编程调节光照灵敏度阈值。

-设计热敏电阻分压电路，绘制阻值-温度特性曲线，验证非线性关系。

②**案例分析**

-对比传统机械秤与电子秤的测量原理，讨论传感器如何提升测量精度与效率。

-分析汽车防抱死系统（ABS）中轮速传感器的作用，理解闭环控制逻辑。

-研究智能手环中心率传感器的技术差异（光电式vs电极式），评估适用场景。

③**跨学科融合**

-结合化学知识：探究气敏传感器中SnO₂薄膜的吸附机制，分析半导体表面反应。

-结合信息技术：学习传感器数据采集与可视化方法，使用Python处理温湿度数据。

-结合工程实践：设计教室人数统计系统，选择红外传感器与计数算法，优化方案。

④**生活应用实践**

-制作自动浇花装置：利用土壤湿度传感器控制水泵启停，设定湿度阈值。

-改进光控电路：添加继电器驱动大功率LED，解决光敏电阻电流不足问题。

-调研校园传感器应用：记录门禁系统、教室灯光控制中的传感器类型与功能。板书设计①传感器核心概念

-传感器定义：将非电学量转化为电学量的装置

-分类：物理型（光敏、热敏、压电）、化学型、生物型

-核心功能：信息采集与信号转换

②工作原理与特性

-转化机制：非电学量→电阻/电压/电流变化

-光敏电阻：光照增强→阻值减小→电流增大

-热敏电阻：温度升高→NTC阻值减小/PTC阻值增大

-关键词：敏感元件、转换电路、输出信号

③应用设计与实例

-光控电路：光敏电阻+LED→光照→亮灭控制

-温控报警：热敏电阻+蜂鸣器→温度阈值→触发报警

-设计逻辑：选传感器→搭电路→调参数→测效果课后拓展1.拓展内容

①**传感器拆解实验**：收集废旧电子设备（如旧手机、遥控器），拆解并识别其中的传感器元件，分析其工作原理与教材中光敏电阻、热敏电阻的异同。

②**特性曲线绘制**：利用实验室提供的光敏电阻和热敏电阻，测量不同光照强度、温度下的阻值变化，绘制R-t和R-E曲线，验证非线性特性。

③**应用系统设计**：参考教材中光控路灯案例，设计一个包含至少两种传感器的简易系统（如温湿度联动控制），绘制电路图并说明控制逻辑。

2.拓展要求

①基础任务：完成传感器拆解报告，标