5.1 认识传感器 教学设计-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

5.1认识传感器 一、教学目标 1.物理观念： 能够认识传感器的工作原理及其在生活中的应用，理解传感器将非电学量转换为电学量的基本概念。 2.科学思维： 能够通过类比人类感官与传感器的关系，建立物理模型，分析不同类型传感器的工作原理和特点。 3.科学探究： 能够设计简单的传感器应用实验，探究传感器信号转换和处理的基本过程。 4.科学态度与责任： 能够认识到传感器技术对社会发展的重要性，培养对现代科技应用的兴趣和责任感。 二、教学重难点 （一）教学重点 1.传感器的定义、核心作用：非电学量转换为电学量。 2.传感器的分类：物理、化学、生物传感器。 3.传感器的基本组成：敏感元件、转换元件。 （二）教学难点 1.理解非电学量转换为电学量的原理与意义。 2.区分敏感元件与转换元件的作用，理解二者合一的情况。 3.结合具体器件（如干簧管、电容式话筒）分析信号转换过程。 三、教学过程 （一）导入新课 教师讲述玉兔号月球车、楼道声控灯、自动门、酒精检测仪等生活应用，讲述月球车、智能家居、安检设备都离不开一种核心元件——传感器。 提问：传感器到底是什么？它是怎样把光、声、温度、力变成电信号的？ 从生活应用切入，激发兴趣，引出本节课主题：认识传感器。 （二）新课讲授 教师展示“干簧管”元件结构，讲解结构：玻璃管内封入两个软磁性簧片 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。 结论：干簧管是一种能够感知磁场的传感器。 一、神奇的传感器 教师提问： 问题1： 楼道灯为何只在黑暗中有声音时才亮？ 问题2： 自动门如何感知人的接近？ 问题3： 酒精检测仪怎样判断呼出气体中的酒精含量？ 问题4： 这些装置与人体感官有何相似之处？ 教师逐一介绍课件中实例： ①“声控—光控” 传感器 在傍晚进入楼道时，一跺脚或者大声喊一下，楼道灯自动开启，但是这种情况在白天却不会发生。这是因为楼道的灯安装了“声控—光控”开关。 这个开关会感知环境的明暗和声音的强弱。只有环境的亮度低于某一个数值，同时声强高于某一数值时，声控—光控开关才会接通，灯才会亮。 ②红外传感器： 一些楼安装了自动门，当人走近时，门会自动打开；当人离开时，门会自动关闭。原来自动门装有一种装置，当人走近时，可以检测出人体向外辐射的红外线，从而发出开门的命令。这种装置就是红外线传感器。 ③ 乙醇（酒精）传感器： 交通警察在检查司机是否酒后开车时，会让司机对着“便携式酒精检测仪”呼气，检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓度。这是因为检测仪上装有“乙醇传感器”，它能感知乙醇的浓度。 ④人的感官与传感器的类比 引导类比：让学生将传感器与人的感官对应。 1.定义：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号(通常是电压、电流等电学量)，或转换为电路的通断。 2.功能：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。 列举常见转换：温度→电；光→电；声→电；压力→电；位移→电；气体浓度→电。 二、传感器的种类 教师提问： 问题1： 手机是如何感知我们摇晃或倾斜的动作的？ 问题2： 为什么手机在黑暗环境中会自动调亮屏幕，而在强光下反而更清晰？ 问题3： 这些传感器在工作时，最终输出的是什么类型的信号？ 问题4： 不同传感器的工作原理为何各不相同？ 按工作原理分为三类，结合课件图片讲解： ① 物理传感器 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。 实例：温度传感器（体温计）、压力传感器（电子秤）、磁传感器（干簧管）、声传感器、光传感器。 ② 化学传感器 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。 实例：气体传感器（报警器）、离子传感器（分析仪）。 ③ 生物传感器 利用生物活性物质的选择性来识别和测定生物化学物质。 实例：酶传感器（血糖仪）、微生物传感器、心率仪。 · 三、传感器的组成与应用模式 教师提问： 问题1： 麦克风是如何将声音这种非电学量转化为电信号的？ 问题2： 传感器中哪一部分负责感知声音？哪一部分负责信号转换？ 问题3： 如果某个元件既能感知声音又能输出电信号，它在传感器中属于什么角色？ 问题4： 转换后的电信号为什么通常需要经过电路处理才能使用？ 1.传感器主要由敏感元件、转换元件组成。 教师讲解两个核心组成部分： ①敏感元件：能直接感受或响应外界被测非电学量的部分。相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的。 ②转换元件：将敏感元件输出的信号直接转换成电信号的部分。 指出特殊情况：如果敏感元件直接输出的是电学量，它就同时兼为转换元件。 2.应用模式： 实例分析：电容式话筒 教师展示电容式话筒结构图，详细分析工作过程： ① 声波→振动膜片振动（敏感元件：感受声音）。 ② 膜片与固定电极构成电容器，距离变化→电容变化（转换元件）。 ③ 电容变化引起充放电→形成电流→输出电压信号。 结论：话筒是把声音信号转换为电信号的传感器。 （三）课堂小结 教师引导学生自主梳理本节所学知识，组织学生分组交流、相互补充： 1.回顾本节课认识的各种生活中的传感器，说出它们分别感知什么量、起到什么作用。 2.用自己的话总结传感器的作用：把不容易测量的非电学量转换成方便处理的电压、电流等电学量。 3.共同梳理传感器的分类和基本组成，明确敏感元件与转换元件各自的作用。 4.结合电容式话筒、干簧管等实例，简单说明一个完整的信号转换过程。 （四）板书 （五）教学反思 ·本节课严格按照课件与教学设计完整展开，从干簧管、生活实例、定义、分类、组成到话筒实例，逻辑清晰、内容全面，配合视频与图片，学生易于理解。 与人体五官的类比非常有效，帮助学生快速建立认知模型；生活实例丰富，贴近学生经验，课堂参与度高。 整体课堂节奏合理，知识容量充足，较好落实了物理观念、科学思维与探究素养；可在课后增加一个简易传感器小制作，进一步提升实践意识。 学科网（北京）股份有限公司 $