5.2 常见传感器的工作原理及应用 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

该高中物理教学设计聚焦电阻式传感器（光敏电阻、温度传感器、电阻应变片）的工作原理及应用，通过机器人传感流程情境导入，承接上节传感器概念，搭建“材料原理→分组实验→图像分析→工程应用”的学习支架。 资料特色在于以分组实验（如光敏电阻光照电阻测量）培养科学探究能力，用R-T图像对比金属与半导体温阻规律训练科学思维，结合电子秤、生产线计数等实例渗透科学态度与责任。实验视频辅助教学，助力学生建立信号转换模型，教师可直接使用设计好的实验与实例素材提升课堂效率。

教学设计 课程名称 常见传感器的工作原理及应用 选用教材 高中物理人教版选修二 教学章节 第五章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课承接上一节传感器基础概念，围绕电阻式传感器展开核心教学，依次讲解光敏电阻、温度传感器（金属热电阻、热敏电阻）、电阻应变片三类典型敏感元件；每一类均遵循 “材料原理→分组实验探究→实物图像分析→工业 / 生活实例应用” 的统一逻辑；光敏电阻以硫化镉半导体为核心，探究光照强度与电阻的变化规律，配套生产线光电计数应用；温度传感器对比金属热电阻、半导体热敏电阻 R-T 曲线，结合液位报警装置分析测温、温控场景；电阻应变片依托电阻应变效应，以电子秤、车辆称重为例讲解力检测原理；最后归纳三类传感器共性：依靠电阻变化，将光、温度、力等非电学量转化为电阻电学量，为电容式、其他类型传感器学习铺垫方法模型，紧密对接自动化生产、智能仪器、汽车工业真实工程场景。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握传感器定义、非电学量转电信号核心功能，熟悉半导体导电特性、电阻决定式、欧姆定律；见过楼道光控灯、电子体温计、电子秤，但不清楚内部光敏、热敏、应变片元件；不能区分金属与半导体温度电阻变化规律，不理解外力形变改变电阻的应变效应，缺少 “外界物理量→电阻变化→电路信号” 完整转换逻辑。 2. 能力基础 学生具备基础电路测量、欧姆定律计算能力，但自主设计光照、温度、压力对比实验的探究能力薄弱；对照 R-T 图像、实物装置图提取物理规律的图表分析能力不足；归纳三类电阻传感器共性、区分各自适用场景的分类概括能力零散。 3. 思维基础 学生思维停留在设备表面功能，缺少 “敏感元件材料特性决定信号转换规律” 的底层器件建模思维；容易混淆金属热电阻、热敏电阻随温度的电阻变化趋势；分不清光敏、热敏、应变片分别对应光、温度、力三种被测物理量，难以建立统一的电阻式传感器分析框架。 三、教学目标 1. 物理观念 理解传感器定义：能感知非电学量，并将其转换为便于处理的电信号；掌握传感器与人五官的类比关系；分清物理、化学、生物传感器三类划分；知道传感器由敏感元件、转换元件组成，熟悉完整工作流程，建立信号转换统一物理观念。 2. 科学思维 依托磁控干簧管魔术盒示意图形成磁传感探究具象思维；借助自动门、酒精检测仪生活实物图形成传感器功能类比思维；利用各类传感器实物对比图形成三类传感器分类归纳思维；结合传感器工作流程框图形成信号传递链式建模思维，培养生活现象提炼物理本质、实物分类归纳、流程框图建模、跨场景类比分析的综合科学思维。 3. 科学探究 观察磁控灯泡魔术盒现象，猜想盒内传感元件；结合自动门、酒精检测仪、声光控灯实例总结传感器共同功能；对比体温计、血糖仪、电子秤区分三类传感器；梳理信号从被测对象到执行机构完整传递路径，完整经历 “魔术情境猜想→生活实例归纳概念→传感器分类对比→信号工作流程建模” 探究流程。 4. 科学态度与责任 通过智能手机、医用检测仪器、工业报警器、智能门禁等日常设备，养成依托趣味魔术提出探究问题、结合生活实物提炼信号转换本质、分类归纳不同传感器适用场景、梳理完整信号处理流程的求真科研品格；传感器是智能制造、智慧医疗、智能终端的核心基础元器件，我国自主研发温度、气体、生物传感芯片广泛用于国产手机、医疗器械、工业自动化设备，认识传感技术支撑智能制造、民生医疗产业，树立学好传感器知识助力国产传感芯片、智能装备自主研发的责任意识。 四、教学重难点 重点 光敏电阻：光照强度与电阻变化规律、半导体硫化镉导电原理 热敏电阻、金属热电阻的温度 - 电阻变化差异 电阻应变片应变效应，力传感器（电子秤）工作原理 三类电阻传感器共性：依靠电阻变化转换非电学量 难点 区分金属（升温电阻变大）、半导体热敏电阻（升温电阻变小） 理解外力形变改变电阻长度、横截面积，实现力信号转换 完整梳理 “外界物理量→敏感元件电阻变化→电路电信号” 全流程 五、教学方法 情境问题导入法：机器人非电学量转电学量流程示意图抛出探究问题； 分组实验探究法：光敏电阻 + 多用电表实验，测量不同光照下电阻； 图像对比分析法：R-T 关系曲线对比金属、半导体测温元件； 实物装置图解法：光电计数、液位报警、电子秤应变片实物图匹配原理； 小组合作讨论法：合作归纳三类电阻传感器共性、区分各自特性； 工程实例拓展法：生产线、汽车称重、家用测温设备拓展应用。 六、教学资源 人教版选择性必修第二册课本；机器人传感流程示意图、光敏电阻实物与实验电路图、温度电阻 R-T 关系图、应变片式电子秤装置图；光敏电阻、多用电表、手电筒、冷水热水、简易电子秤；多媒体课件、实验视频、黑板、直尺、传感器对比整理思考题。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 机器人传感流程情境导入，抛出电阻式传感器探究问题 · 展示非电学量转电学量流程示意图 · 提出教材开篇问题：传感器如何把光、温度、力转化为电信号，不同敏感元件制成的传感器有哪些应用？给学生两分钟同桌交流，结合上节课传感器概念自主猜想转换方式。 · 告知学生本节课学习三类最常用的电阻式传感器，依次探究光敏电阻（感光）、温度敏感元件（感温）、电阻应变片（感力）；每一类都会通过实验、图像、工程装置拆解原理，最后归纳统一规律。 · 递进抛出导学思考题 1：半导体材料光照、升温时导电性会如何变化？预留光敏、热敏实验环节验证猜想。 观看传感流程示意图，结合传感器 “非电学量转电信号” 知识交流猜想；回顾半导体、电阻决定式、欧姆定律内容；抄写课题《常见传感器的工作原理及应用》，带着 “光、温度、力怎样改变元件电阻” 的疑问进入新课学习。 光敏电阻实验探究、温度传感器图像对比 · 展示光敏电阻实物与实验电路图 · 讲解材料为硫化镉半导体：无光时载流子少、电阻极大；光照越强，载流子越多、电阻越小。组织学生分组实验：多用电表 ×100 电阻挡，分别测量自然光、手掌遮光、强光直射下光敏电阻阻值，记录三组数据对比。 · 展示生产线光电计数示意图 · 讲解应用逻辑：无工件遮挡，光敏电阻阻值小，电路电压低；工件挡光，电阻骤增，电压变化触发计数，用于流水线产品统计。 · 展示温度电阻 R-T 关系图像 · 对比两条曲线：图线 1 金属热电阻，温度升高电阻增大；图线 2 半导体热敏电阻，温度升高电阻减小。结合液位报警示意图说明热敏电阻温控应用：液面过低元件裸露升温，电阻变小，电路导通指示灯报警。 · 出示配套思考讨论题：楼道白天灯不亮、夜晚自动亮，内部使用哪一种敏感元件？原理是什么？带领学生结合光敏电阻规律完整作答。 · 组织三分钟四人小组讨论：金属热电阻和热敏电阻适合分别用于什么测温场景，为什么？每组推选代表从电阻随温度变化快慢角度分析。 观看光敏电阻实物与实验电路图，明确实验操作步骤，分组动手测量、记录不同光照电阻数值；观看光电计数示意图，梳理 “挡光→电阻变大→计数信号” 完整流程；观看 R-T 图像，在草稿纸上标注金属、半导体电阻随温度变化趋势；独立完成楼道光控灯元件判断题；小组讨论两类温度传感器适用场景，听完讲评建立光、温两类电阻元件完整认知。 电阻应变片测力、课堂总结、分层课后任务 · 展示电阻应变片与电子秤测力装置图 · 讲解电阻应变效应：金属丝受拉力变长、横截面积减小，电阻变大；受压缩短、横截面积增大，电阻变小；电子秤金属梁粘贴应变片，称重形变带来电阻差值，转化为电压显示重量；拓展车辆称重、卷扬机牵引力测量应用。 · 整合四张配图梳理课堂主线：机器人传感流程示意图提出整体探究问题→光敏电阻实物与实验电路图完成感光元件实验探究→温度 R-T 图像对比区分两类测温敏感元件→应变片电子秤装置图拆解测力传感器原理，完整覆盖情境设问、光传感实验、温传感图像对比、力传感工程应用四层核心内容。 · 按照课本行文梳理全课脉络：机器人传感框图导入设问→光敏电阻实验探究光照 - 电阻规律与光电计数应用→R-T 图像对比金属热电阻、热敏电阻，讲解液位报警实例→电阻应变片依托应变效应实现测力，结合电子秤、车辆称重拓展；黑板同步思维导图，标记三类电阻传感器材料特性、转换规律、典型应用三大核心知识点。 · 分层布置贴合课本的课后任务：基础任务整理光敏、热敏、应变片各自转换的物理量与电阻变化规律，完成 2 道元件区分判断题；拓展任务观察家用电子体温计、体重秤，查找内部所用敏感元件，下节课课堂分享。 观看应变片与电子秤装置图，记录外力形变改变电阻的完整逻辑；两人一组复述三类电阻传感器统一共性：都依靠电阻变化转换非电学量；小组合作对比光敏、热敏、应变片被测物理量与变化规律；整合本节课图文知识点，容易混淆金属 / 半导体温度电阻变化、应变片受力电阻变化、光敏电阻光照规律三类高频易错点；记录分层课后作业要求，规划习题书写、家用设备调研拓展任务。 课堂收尾 · 回扣开篇机器人传感流程示意图完整总结：本节课三类电阻式传感器均依靠电阻变化实现信号转换；光敏电阻（硫化镉半导体）光照越强电阻越小，用于光电计数；金属热电阻升温电阻变大、热敏电阻升温电阻变小，用于测温、液位报警；电阻应变片依靠形变改变电阻，制成电子秤、车辆称重设备；三类元件广泛用于自动化生产、民生智能仪器，完成传感器从概念到具体器件、工程应用的完整知识闭环。 回顾光敏、温度、应变片三类传感器材料、变化规律、全部应用知识点，整理实验测量、图像对比、装置拆解笔记，规划课后任务完成顺序。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托机器人传感流程示意图、光敏电阻实验电路图、温度 R-T 关系图像、应变片电子秤测力装置图四组素材开展智能机器人情境设问、光敏电阻分组实验、两类测温元件图像对比、力传感电子秤工程拆解教学，培养学生依托智能机器人设备提出传感底层元件探究问题、动手测量提取光照 - 电阻定量规律、借助图像区分金属与半导体测温材料、结合称重设备梳理力信号转换完整流程的求真科研品格；光敏、热敏、电阻应变片是工业自动化生产线、智能测温仪器、车载称重设备的核心敏感元件，我国实现各类电阻传感芯片、配套检测设备全产业链自主研发，支撑智能制造、家用智能电子、汽车工业发展，让学生认识电阻式传感器相关原理事关国家工业自动化、民生智能设备、汽车产业发展，引导学生扎实掌握三类电阻元件材料特性、信号转换规律、工程应用场景知识，树立依托传感物理原理助力国产智能检测、称重、测温装备自主研发的责任意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课使用四张教材配图与分组实验完成机器人情境导入、光敏电阻实验探究、温度元件图像对比、应变片测力装置分析全流程教学，但学生普遍存在三类典型认知误区：一是记反热敏电阻、金属热电阻随温度的电阻变化趋势；二是分不清光敏电阻是半导体、应变片是金属材料；三是不能完整说出 “光 / 温度 / 力→电阻变化→电信号” 转换链条。小组实验时部分学生不会规范使用多用电表电阻挡测量光敏电阻。 修改措施：课前印制三类电阻传感器材料、变化规律填空预习学案；播放光敏电阻测量、电子秤应变片工作动态短视频；延长四人一组温度元件对比、完整转换流程梳理讨论时长，强化金属 / 半导体温阻区分、光敏半导体特性、统一转换链条三类专项训练；增加传感器元件区分、规律判断随堂小题，课堂即时纠错。 学科网（北京）股份有限公司 $