13.3电磁振荡 电磁波 传感器 实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置 教学设计 -2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习教案围绕电磁振荡、电磁波、传感器三大核心考点，按“微观能量转化-空间信息传播-实际控制应用”逻辑架构知识，通过情境导入、网络构建、真题训练等环节，帮助学生突破LC充放电判断、传感器电路设计等难点。 教案采用情境探究与议题式教学，如用城市科技视频激发兴趣，通过LC振荡与机械振动类比培养科学思维，设计“温度控制电路”真题分析提升科学探究能力，助力学生高效整合知识，为教师把控复习节奏提供清晰指导。

课题 一轮复习：13.3电磁振荡电磁波传感器实验十六：利用传感器制作简单的自动控制装置 教 学 目 标 物理观念 1.理解LC振荡电路中电场能与磁场能的周期性转化过程，掌握电磁振荡的周期公式T＝2π，明确其与电流变化快慢无关； 2.掌握电磁波的产生机制、传播特性及电磁波谱的分类，理解麦克斯韦电磁场理论的核心思想——变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场； 3.理解传感器的基本工作原理，掌握光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻和电阻应变片等常见敏感元件的物理特性及其在实际生活中的典型应用。 科学思维 1.能通过分析LC振荡电路中电荷量q、电流i、电场强度E、磁感应强度B随时间的变化图像，建立动态变化模型，培养抽象建模能力； 2.运用类比推理方法，将机械振动与电磁振荡进行对比，深化对周期性现象本质的理解； 3.在解决传感器控制电路问题时，能结合数据表格进行趋势判断与逻辑推演，提升信息整合与综合分析能力。 科学探究 1.能设计并分析“利用热敏电阻实现温度自动控制”的简单电路方案，选择合适的定值电阻与连接方式以满足控制条件； 2.通过典型例题解析，掌握判断LC电路处于充电或放电状态的方法，并能准确描述能量转化方向； 3.能基于电磁波谱表，比较不同波段电磁波的频率、波长、特性和应用场景，形成系统化的知识结构。 科学态度与责任 1.认识到电磁技术在现代通信、医疗、安防等领域的重要作用，增强科技服务于社会的责任意识； 2.在讨论无线信号传输、X光检查、红外遥感等应用时，关注其可能带来的辐射安全问题，树立科学使用技术的安全观； 3.激发学生对物理规律应用于工程实践的兴趣，体会从理论到应用的转化过程，培养实事求是、勇于创新的科学精神。 教学重点 1.LC振荡电路中电磁振荡的能量转化规律及周期公式T＝2π的应用； 2.麦克斯韦电磁场理论要点、电磁波的传播特点及电磁波谱的分类与应用。 教学难点 1.判断LC振荡电路在某时刻是充电还是放电过程，以及电流、电荷量、能量的变化趋势； 2.分析含有传感器的自动控制电路，根据给定条件选择正确的电路结构和元件参数。 教学方法 议题式教学法、情境探究法、讲授法、合作探究法 教具 多媒体课件、LC振荡动画演示视频、传感器实物展示、简易自动控制电路演示板 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 一、创设真实情境，导入复习主题 （1）播放生活场景视频引入： 播放一段城市夜景视频：霓虹闪烁、手机通话、Wi-Fi联网、医院CT扫描、火灾报警器启动、智能温控空调运行等画面。 提问引导：“这些看似不相关的高科技设备背后，其实都依赖于我们本章所学的三大核心物理概念——电磁振荡、电磁波和传感器。你们能否从中找出它们的身影？” （2）提出驱动性问题，激发认知冲突： 进一步设问：“为什么我们的手机可以无线上网？遥控器是怎么控制电视的？体温枪如何‘看’到你的温度？这些问题的答案，就藏在今天的复习内容中。” 顺势引出课题：“今天我们将围绕‘电磁世界的三驾马车’展开一轮深度复习，目标不仅是记住公式，更要理解它们是如何改变我们生活的。” （3）展示高考真题背景，明确学习意义： 投影一道近年高考题：“某智能温室需维持25~30℃恒温，现提供NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小），请设计一个自动加热控制系统。” 强调：“这类融合物理原理与工程技术的题目已成为新高考命题趋势，我们必须打通‘知识—思维—应用’的全链条。” 1.观看视频，积极思考并尝试指出各现象对应的物理原理，如Wi-Fi对应电磁波，体温枪对应红外线传感器。 2.小组讨论教师提出的驱动性问题，初步回忆相关知识点。 3.明确本节课的学习任务和现实意义，进入主动复习状态。 二、构建知识网络，深化核心概念 一、聚焦LC振荡，剖析能量转化本质 （1）回顾LC振荡基本过程： 教师利用PPT动态图示展示理想LC振荡电路的工作过程： ①初始状态：电容器充满电，极板带等量异种电荷，电场最强，电流为零，磁场能为零； ②放电过程：电容器开始放电，电流逐渐增大，线圈产生自感电动势阻碍电流变化，电场能转化为磁场能； ③放电完毕：电容器电荷为零，电场能为零，电流最大，磁场能达到最大； ④反向充电：由于惯性，电流继续流动，给电容器反向充电，磁场能转化为电场能……如此往复。 强调：“这是一个没有能量损耗的理想系统，电场能和磁场能周期性互换，形成等幅振荡。” （2）深入辨析充放电判断方法： 出示教材中经典判断方法表格，并逐一讲解： ①根据电流流向判断：若电流流向正极板，则为充电；流出则为放电； ②根据物理量变化趋势判断：q、U、E增大或i、B减小时为充电；反之为放电； ③根据能量判断：电场能增加即充电，磁场能增加即放电。 举例说明：若某时刻电流正在减小，说明磁场能在减少，正转化为电场能，故为充电过程。 （3）强化周期公式的理解与应用： 板书公式：T＝2π，f＝ 强调：“该周期由电路本身的L和C决定，与初始充电电压无关，也与电流大小无关，是系统的固有属性。” 【例2】某LC电路的振荡频率为520 kHz，为能提高到1 040 kHz，以下说法正确的是(　　) A.调节可变电容，使电容增大为原来的4倍 B.调节可变电容，使电容减小为原来的1/4 C.调节电感线圈，使线圈电感增加到原来的4倍 D.调节电感线圈，使线圈电感变为原来的 结合例2讲解：由振荡频率公式f＝可知，要使频率提高到原来的2倍，则可以减小电容使之变为原来的，或减小电感使之变为原来的 设置陷阱辨析：“有人认为加大电流就能加快振荡，这是错误的，因为T只取决于L和C。” 二、梳理电磁波体系，贯通理论与应用 （1）重温麦克斯韦电磁场理论两大支柱： ①变化的磁场产生电场（涡旋电场）； ②变化的电场产生磁场（位移电流假说）。 强调：“这两个假设打破了电与磁的孤立状态，预言了电磁波的存在。” 举例说明：交变电流在线圈中产生变化磁场，进而激发出变化电场，二者交替传播形成电磁波。 （2）解析电磁波的传播特性： 总结关键点： ①传播不需要介质，在真空中速度恒为c=3×10⁸m/s； ②v=λf，在同一介质中，频率越高，波速越小，折射率越大； ③发射条件：开放电路+高频振荡信号；调制方式有调幅（AM）和调频（FM）。 举例说明：广播电台将声音信号加载到高频载波上发射出去。 （3）系统掌握电磁波谱结构与应用： 展示完整电磁波谱表，按波长由长到短排序： 无线电波→红外线→可见光→紫外线→X射线→γ射线 逐项讲解特性与应用： -无线电波：波动性强，用于通信、雷达； -红外线：热效应显著，用于夜视仪、遥控器、红外测温； -可见光：引起视觉，照明摄影； -紫外线：化学效应强，用于消毒、防伪； -X射线：穿透力强，用于医学影像、安检； -γ射线：最强穿透力，用于癌症治疗、工业探伤。 补充规律：“波长越长，衍射越明显；波长越短，穿透能力越强。” 【例3】以下关于电磁场和电磁波的说法中正确的是(　　) A.电场和磁场总是同时存在的，统称为电磁场 B.电磁波是机械波，传播需要介质 C.电磁波的传播速度是3×108 m/s D.电磁波可在真空中传播 结合例3辨析误区：电磁波可在真空中传播，不是机械波。 三、解析传感器原理，打通感知与控制 （1）阐明传感器基本工作原理： 定义：“传感器是一种能感受被测量（如力、温度、光、声等），并将其转换为便于处理的电信号（电压、电流或通断）的装置。” 强调：“核心功能是非电学量→电学量的转换，便于后续传输、处理与控制。” 展示通用模式图：被测量→敏感元件→转换电路→输出电信号→控制执行机构 （2）详解常见敏感元件特性： ①光敏电阻：半导体材料制成，光照越强，载流子越多，电阻越小；实现“光强→电阻”转换； ②热敏电阻：多为NTC型（负温度系数），温度升高电阻减小；也有PTC型； ③金属热电阻：铂、铜等金属制成，温度升高电阻增大，稳定性好； ④电阻应变片：贴于弹性体上，形变导致电阻变化，用于电子秤、压力检测。 【例5】电熨斗在达到设定温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它与设定温度差不多，在熨烫不同织物时，通过如图所示双金属片温度传感器控制电路的通断，从而自动调节温度，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属的热膨胀系数。下列说法正确的是(　　) A.温度升高时，双金属片会向上弯曲 B.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度降低 C.调节“调温旋钮”，使螺钉微微上升，可以使设定温度升高 D.适当增加输入电压，可以使设定温度升高 结合例5讲解双金属片温度传感器：上层膨胀系数大，升温时向下弯曲，推动触点断开电路，实现自动控温。 （3）突破传感器控制电路设计难点： 【例6】在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表： 温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 28.0 38.2 45.5 60.4 电阻/(×102Ω) 220 160 100 60 45 30 25 15 某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20~28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是　　，定值电阻R的阻值应选　　kΩ，1、2两端的电压小于　　V时，自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。 聚焦例6：给定热敏电阻Rt在不同温度下的阻值表，要求控制室温在20~28℃，且1、2端电压大于2V时开启加热。 逐步引导： ①分析三种电路结构差异： A图为并联，电压恒定，无法实现电压变化控制； B图为串联，低温时Rt大，分压大，题目要求低温加热，矛盾； C图为桥式或分压式，可实现温度降低→Rt增大→输出电压升高→触发加热。 ②计算验证：当温度为20℃时，Rt=6000Ω（查表得60×10²Ω），取电源E=3V，若选R=3kΩ，则1、2间电压约为1.5V（估算），低于2V不加热； 当温度降至临界以下，Rt增大，电压上升超过2V时启动加热。 最终结论：应选电路C，R选3kΩ，关闭电压设定为1.8V左右（略低于2V以防频繁启停）。 1.观察动态图示，跟随教师讲解复述LC振荡全过程，标注能量转化节点。 2.记录三种判断充放电的方法，尝试用不同角度分析同一状态。 3.理解周期公式的物理意义，完成频率调节题目的计算与辨析。 4.复述麦克斯韦两大假设，理解电磁波产生的机理。 5.默写电磁波谱顺序，归纳各类电磁波的特点与典型应用。 6.理解传感器“非电量→电量”转换的核心思想。 7.对比记忆四种敏感元件的材料、变化趋势与用途。 8.小组合作分析例6电路，绘制电压随温度变化的趋势图，讨论最优方案。 三、开展合作探究，攻克典型例题 一、组织小组研讨，共解疑难问题 （1）布置探究任务： 将班级分为四个小组，分别承担以下任务： 第1组：分析例1中LC电路，判断电流方向、能量转化趋势； 第2组：解释为何振荡频率越高，发射本领越强（考点二判断1）； 第3组：说明检波为何是调制的逆过程； 第4组：探讨超声波雾化器是否属于电磁波应用（例4辨析）。 要求每组限时8分钟讨论，准备汇报。 （2）巡视指导，点拨思维路径： 深入各小组，观察讨论情况： 第1组提示：注意图示电场方向确定正负极，再用安培定则判断电流方向； 第2组提示：高频意味着电场变化快，更易辐射能量； 第3组提示：调制是音频信号‘加’到高频波上，检波是‘取下来’； 第4组提示：超声波是机械波，靠介质传播，不是电磁波范畴。 （3）组织成果展示，开展互评质疑： 邀请各小组代表上台讲解思路，其他组可提问或补充。 教师适时点评，纠正错误表述，如“电谐振时才有电流”是错误的，实际上任何频率都会产生微弱电流，只有共振时最强。 强调：“接收电路始终存在感应电流，只是强弱不同。” 1.小组分工查阅资料，围绕指定问题展开讨论，形成统一答案。 2.在教师指导下调整思路，完善论证过程。 3.派代表登台展示研究成果，语言清晰表达观点。 4.倾听他人发言，提出质疑或补充意见，参与课堂互动。 四、迁移拓展提升，落实素养培育 一、设计实践任务，模拟工程挑战 （1）发布项目任务： “现在你是一名智能家居工程师，接到一项任务：为养老院设计一款‘老人跌倒自动报警系统’。” 给出需求： ①使用电阻应变片作为核心传感器，安装在拐杖手柄内； ②当老人突然摔倒导致手柄剧烈变形时，应变片电阻突变； ③触发蜂鸣器报警，并向监护人手机发送短信。 要求学生画出简要电路框图，并说明工作流程。 （2）总结升华，回归物理本质： 归纳本节课三大主线： ①电磁振荡——微观世界的能量舞蹈； ②电磁波——跨越空间的信息使者； ③传感器——连接物理世界与数字系统的桥梁。 强调：“这三者共同构成了现代智能社会的技术基石。” 1.接受挑战任务，调动已有知识构思解决方案。 2.绘制报警系统原理框图：应变片→信号调理→比较器→报警模块+通信模块。 3.思考如何减少误触发，提出加入滤波或延时电路的设想。 4.理解物理知识的实际价值，增强学习动力。 板书设计 教学反思 1.本节课通过“城市科技场景”导入，成功激发了学生的兴趣和好奇心，使原本抽象的物理概念变得具象可感。学生在观看视频时积极参与讨论，能够主动关联生活经验，体现了良好的科学态度与社会责任意识。但在小组探究环节，部分学生仍习惯于等待教师讲解，自主探究能力有待进一步培养，今后应增加“先学后教”的比例，给予更多独立思考时间。 2.在突破“传感器控制电路”这一难点时，采用“真题引领+数据支撑+电路对比”的策略，有效帮助学生建立了分析框架。特别是通过对例6的层层拆解，学生掌握了“先判电路类型，再析变化趋势，最后代入数值验证”的解题路径。然而，仍有少数学生对分压原理理解模糊，建议后续增加模拟仿真软件辅助教学，让学生直观看到电压随电阻变化的过程。 3.板书设计采用了模块化结构，突出三大主题之间的逻辑联系，有助于学生构建整体知识网络。但在时间分配上，“LC振荡”部分略显冗长，压缩了实践迁移环节的时间，导致最后的工程项目未能充分展开。下次应更加精准把控各环节时长，确保“知识建构—问题解决—创新应用”三个层次均衡发展，真正实现从“学会”到“会用”的跃迁。 学科网（北京）股份有限公司 $