第五章 传感器（单元解读讲义）物理人教版选择性必修第二册

第五章 传感器 单元解读 一、课标解读 1．知道非电学量转换成电学量的技术意义。 2.通过实验，了解常见传感器的工作原理。会利用传感器制作 简单的自动控制装置。通过热敏电阻实验，了解温度传感器的工作原理。 3. 列举传感器在生产生活中的应用。了解光敏传感器及其在生产生活中的应用。 二、单元内容分析 1. 本章内容的基础性作用 本章是物理知识与现代技术应用相结合的重要体现，将电磁学、光学、热学等基础物理原理应用于实际技术装置中。通过学习传感器技术，学生将理解物理原理如何转化为实用技术，为后续学习电子技术、自动化控制等内容奠定基础。本章内容注重实践应用，培养学生的工程思维和实践能力。 2. 本章三部分内容 本章内容可分为三部分：第一是关于传感器的基本认识，包括传感器的定义、分类、基本结构和工作原理；第二是关于常见传感器的工作原理及应用，包括温度传感器、光传感器、力传感器、磁传感器等的工作原理和实际应用；第三是关于传感器在自动控制中的应用，包括利用传感器设计简单的自动控制系统。 三、单元教学目标 1. 注重理论与实践相结合，理解传感器的基本原理。 教学中应引导学生将已学的物理知识与传感器技术相结合，理解各种传感器的工作原理。通过具体实例分析，帮助学生建立物理原理与实际应用的联系。 2. 注重实验探究与动手操作能力的培养。 本章内容具有很强的实践性，教学中应通过实验探究和动手制作活动，让学生亲身体验传感器的应用。培养学生的实验技能、动手能力和创新意识。 3. 明确不同传感器的特点及应用范围。 通过学习各类传感器的工作原理和特性，帮助学生理解不同传感器的优缺点及适用场景，培养学生的技术选择和应用能力。 4. 突出传感器技术在现代社会中的重要作用。 通过介绍传感器在工业自动化、智能家居、环境监测、医疗健康等领域的广泛应用，让学生认识传感器技术对现代社会发展的重要推动作用。 四、单元重点难点 1. 传感器工作原理的理解 传感器将非电学量转换为电学量的原理是本章的重点。教学中应通过具体实例分析不同传感器的工作原理，帮助学生理解物理量与电学量之间的转换关系。 2. 传感器特性参数的理解 传感器的灵敏度、线性度、响应时间等特性参数的理解是难点。教学中应通过实验数据和具体应用场景帮助学生理解这些参数的意义。 3. 传感器电路的设计与调试 设计并制作简单的传感器应用电路是本章的实践难点。教学中应指导学生掌握基本的电路设计和调试方法，培养学生的实践能力。 4. 自动控制系统的设计 利用传感器设计简单的自动控制系统需要综合运用多方面的知识。教学中应通过循序渐进的项目设计，帮助学生掌握系统设计的基本方法。 五、单元课时安排 节次 课题 课时数 第1节 认识传感器 1课时 第2节 常见传感器的工作原理及应用 2课时 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 2课时 六、教学建议 1. 第一节 认识传感器的教学建议 （1）从生活实例引入 教师可通过展示智能手机、智能家居、汽车等产品中的传感器应用，提出问题：“这些智能设备是如何感知周围环境的？”引导学生思考传感器的功能。通过具体的生活实例，激发学生的学习兴趣。 （2）传感器基本概念讲解 系统讲解传感器的基本概念： ① 传感器的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置； ② 传感器的基本组成：敏感元件、转换元件、测量电路； ③ 传感器的分类：按被测物理量分类、按工作原理分类、按输出信号分类。 （3）传感器功能演示 通过简单的演示实验展示传感器的功能： ① 使用温度传感器测量室温； ② 使用光敏传感器检测光照强度； ③ 使用声音传感器检测声音强度。 让学生直观感受传感器的工作过程。 （4）传感器发展简史 简要介绍传感器技术的发展历史和应用前景，帮助学生认识传感器技术的重要性。 2. 第二节 常见传感器的工作原理及应用的教学建议 （1）温度传感器 讲解温度传感器的工作原理： ① 热电阻传感器：利用导体电阻随温度变化的特性； ② 热电偶传感器：利用两种不同导体接触时产生的温差电动势； ③ 集成温度传感器：基于半导体PN结的温度特性。 展示温度传感器在空调、电冰箱、体温计等产品中的应用。 （2）光传感器 讲解光传感器的工作原理： ① 光敏电阻：利用半导体材料的光电导效应； ② 光电二极管和光电三极管：利用半导体材料的光生伏特效应； ③ CCD图像传感器：利用光电转换和电荷存储原理。 展示光传感器在照相机、自动门、光控路灯等产品中的应用。 （3）力传感器 讲解力传感器的工作原理： ① 电阻应变式传感器：利用金属或半导体的应变效应； ② 压电式传感器：利用某些材料的压电效应； ③ 电容式传感器：利用电容变化测量力。 展示力传感器在电子秤、压力计、触控屏等产品中的应用。 （4）磁传感器 讲解磁传感器的工作原理： ① 霍尔传感器：利用霍尔效应检测磁场； ② 磁阻传感器：利用磁阻效应检测磁场。 展示磁传感器在转速测量、位置检测、电流测量等领域的应用。 （5）其他传感器 简要介绍气体传感器、湿度传感器、声传感器等其他常见传感器的工作原理和应用。 3. 第三节 利用传感器制作简单的自动控制装置的教学建议 （1）自动控制基本原理 讲解自动控制的基本概念： ① 开环控制与闭环控制的区别； ② 控制系统的基本组成：传感器、控制器、执行器； ③ 控制过程的基本流程：检测→处理→执行。 （2）简单控制系统的设计 指导学生设计简单的自动控制系统： ① 确定控制目标和被控对象； ② 选择合适的传感器和执行器； ③ 设计控制电路和控制程序； ④ 调试和优化控制系统。 （3）实践项目一：光控路灯系统 设计并制作光控路灯系统： ① 使用光敏传感器检测环境光照； ② 设计控制电路，实现光照不足时自动开启路灯； ③ 调试系统，确保稳定工作。 （4）实践项目二：温度报警系统 设计并制作温度报警系统： ① 使用温度传感器监测环境温度； ② 设计控制电路，实现温度超过设定值时自动报警； ③ 调试系统，确保报警准确可靠。 （5）实践项目三：自动浇水系统 设计并制作自动浇水系统： ① 使用湿度传感器检测土壤湿度； ② 设计控制电路，实现土壤干燥时自动浇水； ③ 调试系统，优化控制参数。 （6）项目展示与评价 组织学生展示自己的作品： ① 展示系统功能和工作原理； ② 分享设计思路和制作过程； ③ 讨论遇到的问题和解决方法； ④ 互相评价，交流学习心得。 七、评价策略 评价核心目标：评价学生对传感器工作原理的理解程度、对传感器应用的掌握情况、利用传感器设计制作简单系统的实践能力，以及在项目实践中表现出的创新思维和协作精神。 多元化评价策略： （一）形成性评价 1. 课堂观察与即时反馈 （1）策略：观察学生在传感器实验中的操作规范性，在项目设计中的创新思维，在小组合作中的协作质量。 （2）形式：针对性提问、实验操作记录、设计方案评估、讨论表现观察。 （3）反馈：及时指导学生的实践操作，肯定创新设计，提出改进建议。 2. 概念图/思维导图 （1）策略：要求学生绘制以“传感器技术”为核心的概念图，展示各类传感器的工作原理、特点和应用。 （2）形式：单元学习总结任务或课堂建构活动成果。 （3）反馈：依据知识的系统性、逻辑的严密性、应用的合理性等维度评价。 3. 探究性任务与实验报告 （1）策略：设计探究任务，如“研究不同光照条件下光敏电阻的电阻变化规律”“探究温度传感器的响应特性”“设计并测试简单的力传感器”。 （2）形式：提交完整的实验报告或研究报告。 （3）反馈：重点评价实验设计的创新性、数据处理的科学性、结论推导的合理性。 4. 项目设计与制作 （1）策略：要求学生设计并制作简单的传感器应用系统，如“智能光控系统”“温度监测报警系统”“自动浇水装置”等。 （2）形式：提交设计方案、制作过程记录、系统测试报告。 （3）反馈：综合评价设计的创新性、制作的规范性、功能的可靠性。 （二）总结性评价 1. 单元测试（笔试） （1）策略：命制涵盖本章核心知识的试卷，注重考查学生对传感器原理的理解和应用能力。 （2）反馈：提供详细评分标准和答案解析，进行全面的试卷分析。 2. 学习档案袋 （1）策略：收集学生本章学习过程中的代表性成果，包括实验报告、设计图纸、制作照片、项目报告等。 （2）反馈：定期查阅并给予过程性评语，期末进行综合评价。 （三）评价原则与注意事项 1. 明确性：在进行任何评价任务前，向学生清晰说明评价目标、具体标准、量规要求及成果期望，确保学生明确学习方向。 2. 公平性：采用多元化评价方式，充分考虑学生的实践能力和创新思维差异，为每位学生提供展示特长和进步的机会。 3. 发展性：坚持“评价为学习服务”的理念。形成性评价的反馈要及时、具体、富有建设性，帮助学生识别不足，明确改进方向。总结性评价的结果应用于反思教学效果。 4. 参与性：在项目设计、制作、展示等环节，合理引入学生自评和互评机制，促进学生实践能力、创新思维和合作精神的发展。 5. 核心素养导向：评价应全面关注学生在物理观念（物理原理与技术应用的联系）、科学思维（工程设计、创新思维）、科学探究（问题解决、实验设计）、科学态度与责任（工程伦理、安全意识、协作精神）等核心素养维度的综合表现。 6. 技术融合：鼓励学生利用现代电子技术、编程技术、3D打印等工具辅助设计和制作，提升项目的科技含量和创新水平。 7. 差异化：充分考虑学生的兴趣和能力差异，在项目设计中提供不同难度和主题的选项，确保每位学生都能获得适合的实践机会和发展空间。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $