1. 认识传感器（教学设计）物理人教版选择性必修第二册

1认识传感器 一、教学目标 物理观念 · 理解传感器的定义，明确其“感知非电学量、转换为电学量（或电路通断）”的核心功能，建立“非电学量→电信号”的转换观念。 · 掌握传感器的核心组成（敏感元件、转换元件、转换电路），知晓各部分作用及敏感元件与转换元件可合二为一的特点。 · 认识物理、化学、生物三类传感器的分类标准，熟记典型实例，明晰传感器在不同领域的应用价值。 科学思维 · 通过类比人类感觉器官与传感器的工作机制，抽象出传感器的核心模型，培养抽象概括与模型建构能力。 · 分析干簧管、电容式话筒等实例的工作流程，区分敏感元件与转换元件的作用，梳理“非电学量→电信号”的转换逻辑，提升逻辑推理能力。 · 结合智能手机、汽车等复杂设备中的传感器应用，建立“多传感器协同工作”的系统思维，体会技术应用的底层物理逻辑。 科学探究 · 参与干簧管工作原理的演示实验，观察实验现象，分析磁场与电路通断的关联，培养实验观察与数据分析能力。 · 小组合作设计“生活中传感器应用调研”方案，搜集实例并分析其所属类别、转换原理，体验科学探究的基本流程。 · 针对电容式话筒的转换机理提出疑问，通过查阅资料、讨论交流寻求答案，提升质疑与探究能力。 科学态度与责任 · 认识传感器在嫦娥三号、医疗设备、智能终端等领域的应用，体会物理知识对技术革新和社会发展的推动作用，激发学习兴趣。 · 了解传感器技术的发展趋势，感受科技进步对生产生活方式的改变，培养热爱科学、勇于探索的科学态度。 · 树立正确的科技应用观，认识传感器技术的利与弊，培养合理运用科技、服务社会的责任意识。 二、教学重难点 重点 · 传感器的定义及“非电学量→电信号（或电路通断）”的核心转换功能。 · 传感器的核心组成（敏感元件、转换元件）及三类传感器的分类与典型实例。 · 干簧管的工作原理及传感器在生活、科技领域的典型应用。 难点 · 理解“非电学量→电信号”的转换机理，尤其是电容式话筒等复杂实例的转换过程。 · 区分敏感元件与转换元件的作用，理解二者协同工作及合二为一的特点。 · 将传感器的工作原理与实际应用场景建立关联，分析复杂设备中传感器的协同工作流程。 三、教学过程 （一）教学引入 1.多媒体展示：祝融号感知障碍、红外自动门开关、酒精检测仪、小夜灯工作的短视频和图片，结合图片思考其他(智能手环监测心率、汽车倒车雷达预警)等场景。 2.提问：“玉兔号如何‘感知’月球环境？自动门为何能识别有人靠近？这些设备中‘感知’外界信息的核心器件是什么？” 3.讨论总结：引导学生结合生活经验讨论，教师总结不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。要想知道这其中的道理，就要学习一些有关传感器的知识，引出课题。 （二）新课教学 1.传感器的定义 （1）实验演示：展示干簧管实物，介绍其结构（密封玻璃管内的两个软磁性簧片）。将干簧管与电源、小灯泡串联，演示“无磁铁靠近时灯泡不亮，靠近时亮起”的现象。 原理：当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化，相互吸引而接通，干簧管能起到开关的作用。 作用：把磁信号转化为电路的通断。 展示其他应用： 分析它们的使用过程和大致原理。 （2）类比分析：对比人类感觉器官（眼睛感知光、耳朵感知声）与传感器的工作，引导学生梳理“光→光传感器→电信号”，“声→声传感器→电信号”的转换关系。 传感器作用：代替、补充、延伸人的感觉器官。 （3）传感器的定义：传感器是指这样一类器件或装置∶ 能够把非电学量转化为电学量。 能够感知力、温度、光、声、磁场等非电学量，并按一定规律将其转换为电压、电流等电学量或电路通断，进而实现测量、传输、处理和控制的器件或装置。强调其核心价值是将难以处理的非电学量转化为易于操控的电信号。 优点：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。 2.传感器的分类 （1） 分类讲解：按感知的物理量、化学成分、生物量，将传感器分为三类，结合实例详细说明： 物理传感器：感知物理量，如力、磁、光、温度等，实例有电子体温计；电子秤；干簧管。 化学传感器：感知化学成分，如离子、气体等，实例有可燃气体报警器；负氧离子传感器。 生物传感器：感知生物量，如酶、细胞等，实例有_血糖仪；心率仪。 图片展示各类传感器，再列表分类。 原理 举例 特点 物理传感器 感知物理量（力、磁、光、温度等），利用物质的物理特性或物理效应制作而成， 力传感器、磁传感器、声传感器、电子体温计（温度）、电子秤（压力）、干簧管（磁场）、手机光学解锁键（光） 品种多、应用广、发展快 化学传感器 感知化学成分（离子、气体等），利用电化学反应原理，把无机或有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号 离子传感器、气体传感器，可燃气体报警器 广泛用于环保、火灾报警、医疗卫生 生物传感器 感知生物量（酶、细胞等），利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质 酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、血糖仪（葡萄糖含量）、心率仪（生物电信号） 含有生命物质，专一性好 （2）物理传感器的两大类 根据被测量的不同，可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器;根据具体工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器，同一设备可集成多种传感器（如智能手机）。 3.传感器的组成与应用模式 (1) 核心组成： ①敏感元件：直接感受被测非电学量，完成“非电学量→另一种物理量”的第一次转换，如干簧管的簧片、电容式话筒的振动膜片。 ②转换元件：将敏感元件输出的信号转换为电信号，完成第二次转换，如电容式话筒的固定电极、应变片。 ③转换电路：对电信号进行放大、滤波等处理，便于传输和利用，如手机中处理传感器信号的集成电路。 ④特别说明：部分传感器（如热电偶、压电晶体）的敏感元件与转换元件合二为一，直接输出电信号。 （2） 应用模式：被测量（非电学量）→敏感元件→转换元件→转换电路→计算机系统→显示器/执行机构。 （3） 实例分析：以电容式话筒为例，拆解工作过程： 声音（非电学量）→振动膜片振动（敏感元件）→膜片与固定电极间距变化→电容变化（转换元件）→电信号→转换电路处理→输出音频信号。 4.传感器的广泛应用 小组讨论：“智能手机中包含哪些传感器？分别属于哪类？感知的非电学量是什么？” 每组派代表发言，教师补充点评，拓展传感器在航天、医疗、工业生产等领域的应用实例，强化“物理原理→技术应用”的关联。 （三）课堂练习 1、关于传感器，下列说法正确的是(　　) A．所有传感器都是由半导体材料制成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D．水银温度计是一种传感器 答案　B 解析　传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误，B正确；传感器是通过把非电学量转换成电学量来传递信号的，C错误；水银温度计根据热胀冷缩来测量温度，不是传感器，D错误。 2、在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法”检测，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　) A．物理传感器 B．化学传感器 C．生物传感器 D．温度传感器 答案　C 解析　酶标法的原理应该是利用了生物酶，故应为生物传感器，C正确。 3、下列关于传感器的说法，正确的是(　　) A．所有传感器都是由半导体材料制成的 B．传感器不是电视遥控接收器的主要元件 C．话筒中的传感器将电信号转换为声信号 D．传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断 答案　D 解析　传感器材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，A错误；电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，B错误；话筒中的传感器是声传感器，它将声信号转换为电信号，C错误；传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断，D正确。 4、现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为(　　) A．光传感器和位移传感器 B．磁传感器和温度传感器 C．磁传感器和声传感器 D．压力传感器和加速度传感器 答案　A 解析　当人将手机靠近耳朵接听电话时，改变了位移，并且耳朵会挡住光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，A正确，B、C、D错误。 四、课题小结 五、板书设计 5.1认识传感器 1.定义：非电学量→电学量（或电路通断）的器件/装置 核心：转换、测量、控制 2.分类： 物理传感器：电子体温计、干簧管、电子秤 化学传感器：可燃气体报警器 生物传感器：血糖仪、心率仪 3.组成： 核心：敏感元件（感受非电学量）、转换元件（转为电信号） 辅助：转换电路（处理电信号） 备注：二者可合二为一 4.应用模式：被测量→敏感元件→转换元件→转换电路→执行机构 六、作业布置 1. 完成课本“练习与应用”相关习题； 2. 完成分层作业。 七、教学反思 本节课通过实验演示、实例分析和小组讨论，基本达成教学目标。干簧管实验直观呈现了传感器的转换功能，有效突破抽象概念难点；生活与科技实例的融入，提升了课堂趣味性。但部分学生对敏感元件与转换元件的区分仍存在困难，电容式话筒的转换机理理解不够透彻。后续可增加课堂即时练习，强化核心概念巩固；补充简单示意图拆解复杂转换过程，降低理解难度；设计更多生活化探究任务，提升学生的参与度和应用能力。 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $