第一节 传感器及其敏感元件教学设计高中物理沪科版2020选择性必修第二册-沪科版2020

第一节传感器及其敏感元件教学设计高中物理沪科版2020选择性必修第二册-沪科版2020教学课题课时1备课时间2025年10月授课时间2025年10月教材分析一、教材分析。“传感器及其敏感元件”是沪科版选择性必修第二册第三章第一节内容，承继电路、电磁感应知识，是物理规律在现代科技中的典型应用。本节以传感器定义、组成为切入点，重点讲解光敏电阻、热敏电阻等敏感元件的工作原理，通过实例分析将抽象概念与实际应用结合，既深化学生对物理规律的理解，又培养其科学探究与技术应用意识，为后续传感器应用学习奠定基础。核心素养目标分析二、核心素养目标分析。通过传感器及其敏感元件的学习，学生能形成“传感器是将非电学量转化为电学量的装置”的物理观念，理解光敏电阻、热敏电阻等敏感元件的电阻特性与物理规律的联系；通过分析传感器工作过程，培养模型建构与科学推理能力；通过设计简单传感器应用实验，提升探究意识与创新思维；结合传感器在现代科技中的应用，体会物理技术的价值，培养科学态度与社会责任感。教学难点与重点1.教学重点

①传感器的基本定义、组成及工作原理，明确非电学量向电学量转化的核心功能。

②光敏电阻、热敏电阻等敏感元件的电阻特性与物理规律（如光电效应、热电阻效应）的关联。

③通过实例（如光控开关、温度报警器）分析传感器在电路中的实际应用逻辑。

2.教学难点

①理解敏感元件（如光敏电阻）的电阻值随外界物理量（光照强度、温度）变化的微观机制。

②分析传感器电路中非电学量（如光、热）如何通过敏感元件转化为电信号（电压、电流）的完整过程。

③设计简单的传感器应用电路，并解释其工作原理与实际功能的对应关系。教学资源四、教学资源

1.软硬件资源：传感器实验套件（光敏电阻、热敏电阻）、万用表、电路板、计算机、投影仪。

2.课程平台：学校教学管理系统、线上课程资源库。

3.信息化资源：传感器工作原理视频、交互式模拟软件、电子课件。

4.教学手段：实验演示、小组讨论、多媒体教学。教学过程设计基本内容五、教学过程设计

**总时长：42分钟**

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###**1.导入环节（5分钟）**

-**情境创设**：播放智能家居自动门工作视频（1分钟），提问：“自动门如何感知人靠近？”（1分钟）

-**问题引导**：学生列举生活中传感器应用（声控灯、电子秤等），教师汇总并板书核心功能——“非电学量→电学量转换”（2分钟）

-**悬念激发**：展示光敏电阻实物，提问：“黑暗中它电阻如何变化？为什么？”（1分钟）

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###**2.讲授新课（20分钟）**

####**（1）传感器基础（7分钟）**

-**定义与组成**：结合课本定义，板书“敏感元件+转换电路+输出装置”结构（2分钟）

-**分类演示**：用实物展示光敏电阻（光照变化）、热敏电阻（温度变化）的电阻值变化（万用表实时显示）（3分钟）

-**原理精讲**：

-光敏电阻：光照→载流子增多→电阻减小（课本PXX图示辅助）（1分钟）

-热敏电阻：温度升高→晶格振动加剧→电阻增大（动态PPT展示微观过程）（1分钟）

####**（2）电路应用（13分钟）**

-**光控电路实验**（8分钟）：

-**分组操作**：4人/组，连接光敏电阻+LED电路（教师提供预装面包板）（3分钟）

-**现象观察**：遮挡光敏电阻→LED亮，解释“光弱→电阻大→电流小→LED亮”（2分钟）

-**故障诊断**：故意断开电路，学生排查问题（师生互动：“为什么灯不亮？检查哪个元件？”）（3分钟）

-**热敏电路分析**（5分钟）：

-展示温度报警器电路图，提问：“温度升高时，蜂鸣器为何报警？”（学生讨论后总结：热敏电阻阻值增大→电流减小→触发报警）（3分钟）

-对比光敏/热敏电阻特性（板书对比表）（2分钟）

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###**3.巩固练习（10分钟）**

-**基础题**：课本PXX课后习题1（3分钟）

-师生互动：“声控灯的敏感元件是什么？声音如何转化为电信号？”

-**创新题**：设计“自动灌溉系统”传感器方案（7分钟）

-小组讨论：选择敏感元件（湿度传感器）、电路逻辑（湿度低→启动水泵）

-代表发言，教师点评方案可行性（紧扣“非电学量→电学量”转化核心）

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###**4.课堂小结（5分钟）**

-**学生总结**：1名学生复述传感器工作原理（2分钟）

-**教师提炼**：

-核心概念：敏感元件的物理量→电阻特性→电信号输出（1分钟）

-应用价值：自动化控制中的“感官”（1分钟）

-**拓展任务**：调查手机中的传感器类型（1分钟）

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###**5.师生互动设计亮点**

-**实验故障诊断**：故意设置电路故障，学生通过万用表排查，强化“电阻变化→电路响应”逻辑链。

-**技术提案辩论**：在“自动灌溉系统”设计中，鼓励学生提出不同方案（如光敏/湿度传感器组合），培养批判性思维。

-**微观过程可视化**：PhET模拟软件动态展示光敏电阻载流子运动，突破微观机制理解难点。

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**总时长控制**：导入5min+新课20min+练习10min+小结5min=42min（预留3min弹性时间）教学资源拓展六、教学资源拓展

1.拓展资源

（1）传感器类型拓展：除教材中的光敏电阻、热敏电阻外，补充压敏电阻（利用压阻效应，用于电路过压保护）、气敏电阻（表面吸附气体分子导致电阻变化，用于烟雾报警器）、湿敏电阻（吸湿后离子电导率变化，用于湿度监测）、霍尔元件（利用霍尔效应测磁场，用于电流检测）等敏感元件的原理与应用实例，说明不同传感器如何将对应物理量（压力、气体浓度、湿度、磁感应强度）转化为电学量。

（2）传感器技术发展历程：从早期机械式传感器（如水银温度计）到现代电子传感器（如热电偶、光电二极管），再到智能传感器（集成信号处理、自校准功能），结合工业自动化、智能家居等领域的需求变化，体现传感器技术对物理规律应用的深化。

（3）多领域应用实例：医疗领域（电子体温计的热敏电阻、血糖仪的光电传感器）、环境监测（空气质量检测中的气敏传感器）、工业生产（流水线上的光电计数传感器）、交通领域（汽车碰撞中的加速度传感器），分析各领域传感器如何解决实际问题，体现物理技术的社会价值。

（4）传感器与物联网技术：介绍MEMS传感器（微机电系统，如手机加速度计）、无线传感器网络（用于农田环境监测），说明传感器作为物联网感知层核心元件，如何实现数据采集与传输，结合“万物互联”趋势，拓展学生对传感器技术发展前景的认知。

2.拓展建议

（1）实验探究设计：建议学生分组设计“简易压力报警器”实验，选用压敏电阻、蜂鸣器、电源和开关组成电路，通过施加不同压力（如书本轻压、重压）观察蜂鸣器发声情况，记录压敏电阻阻值变化（用万用表测量），分析压力与电阻、电流的关系，深化对“非电学量→电学量”转换的理解。

（2）科普阅读与资料搜集：推荐阅读《物理改变世界：现代科技中的物理》中“传感器与自动化”章节，搜集《科学大众》《中学科技》等杂志中关于“传感器在疫情防控中的应用”（如红外测温仪、健康码闸机）的文章，撰写500字读后感，梳理传感器技术与物理规律的关联。

（3）小型传感器应用项目：鼓励学生以小组为单位完成“教室智能照明系统”设计项目，选用光敏电阻检测光照强度、热敏电阻检测人体存在（配合红外传感器），通过逻辑电路控制LED灯的开关，绘制电路图、制作实物模型，并在班级展示，培养工程实践能力与创新思维。

（4）生活中的传感器观察：引导学生观察家庭中的智能设备（如空调的温度传感器、洗衣机的水位传感器、手机的陀螺仪），记录其功能，结合课本知识分析其工作原理（如空调温度传感器通过热敏电阻阻值变化控制压缩机启停），撰写“生活中的传感器”观察报告，增强理论联系实际的能力。

（5）跨学科学习与思考：结合信息技术学科，探讨传感器数据采集与处理的流程（如传感器→信号调理→A/D转换→微处理器→输出），分析物理量（光、热、力）如何通过传感器转化为数字信号，为后续学习“传感器与人工智能”奠定基础，培养跨学科综合素养。课后拓展七、课后拓展

1.拓展内容：阅读教材配套资源《现代生活中的传感器》专题文章，了解压敏电阻、气敏电阻等敏感元件的工作原理；观看科普视频《传感器在医疗中的应用》，分析电子体温计中热敏电阻如何实现温度测量；查阅《物理教学》期刊中“传感器与物理实验”一文，学习利用光敏电阻设计光强自动调节电路的方法。

2.拓展要求：课后完成“生活中的传感器”观察记录，列举3种家用设备中的传感器（如冰箱温控器、手机加速度计），结合课本原理说明其功能；设计“简易火灾报警器”方案，选用热敏电阻、蜂鸣器和电源组成电路，绘制电路图并解释工作逻辑；教师提供答疑时间，针对实验设计中遇到的电路连接问题进行指导，鼓励小组间交流方案可行性。板书设计①传感器核心概念

-定义：将非电学量转化为电学量的装置

-组成：敏感元件、转换电路、输出装置

-核心功能：物理量（光、热、力等）→电信号（电压、电流）

②敏感元件工作原理

-光敏电阻：光照增强→载流子增多→电阻减小

-热敏电阻：温度升高→晶格振动加剧→电阻变化（NTC：减小；PTC：增大）

-共性：敏感元件的电阻值随外界物理量变化而变化

③传感器应用实例

-光控开关：光敏电阻+LED电路

光弱→电阻大→电流小→LED亮

-温度报警器：热敏电阻+蜂鸣器电路

温度高→电阻变化→电流变化→触发报警

-转化逻辑：非电学量→敏感元件电阻变化→电路电流/电压变化→输出信号反思改进措施（一）教学特色创新

1.实验驱动式教学，通过光敏电阻、热敏电阻的分组实验，让学生直观感受“非电学量→电学量”的转化过程，突破抽象概念理解难点。

2.生活化情境贯穿始终，以智能家居、自动门等实例导入，结合手机传感器观察任务，强化物理与技术的联系。

（二）存在主要问题

1.学生对敏感元件微观机制（如光敏电阻载流子变化）理解较浅，易与电阻定律混淆。

2.分组实验中，部分学生电路连接不熟练，导致实验现象观察不完整。

3.应用设计环节时间紧张，学生创新方案讨论不够充分。

（三）改进措施

1.增加微观模拟动画演示，动态展示光照下载流子运动过程，强化“物理量→电阻变化”的因果逻辑。

2.实验前发放电路连接微课视频，标注关键步骤（如光敏电阻极性），减少操作失误。

3.将“传感器应用设计”任务拆解为基础版（必做）和拓展版（选做），课后通过线上平台提交方案，保证课堂探究深度。教学评价1.课堂评价：通过课堂提问检测学生对传感器定义、组成的理解（如“光敏电阻在黑暗中电阻如何变化？”）；观察分组实验中电路连接操作，评估学生动手能力；利用课堂小测（2-3分钟）检查敏感元件工作原理的掌握情况，重点分析学生是否理解“非电学量→电阻