5.3传感器的应用举例 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦传感器的应用，通过电熨斗、电饭锅、烟雾报警器、汽车四大典型设备，落实“非电学量→电学量→自动控制”应用链条。依托前两节传感器基础原理，以实物与结构图为支架，构建从基础到综合应用的学习脉络。 该资料特色在于生活化实例与跨学科整合，采用结构图解分析、对比讨论等方法，培养科学思维（模型建构、推理）和科学探究（观察分析）。如通过电饭锅温控结构图探究居里温度磁控断电机制，帮助学生建立物理观念，教师可高效整合全章知识，提升教学效果。

教学设计 课程名称 传感器的应用举例 选用教材 高中物理教科版选修二 教学章节 第五章第三节 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 本节课是传感器整章综合应用课，依托前两节光敏、热敏、力、电磁传感器基础原理，选取家电、安防、汽车四大生活化、工业化典型设备，落实 “非电学量→电学量→自动控制” 完整应用链条。第一板块依托电熨斗实物与内部结构图，讲解双金属片热膨胀差异实现通断控温，属于温度类机械传感应用；第二板块借助电饭锅实物与底部温控结构图，引入居里温度知识点，依靠感温铁氧体失磁断开加热电路，完成煮饭自动断电；第三板块依靠光电式烟雾报警器原理图，区分遮光型、散射型两类光传感结构，用光散射原理检测烟雾浓度触发报警；第四板块利用汽车整车传感器分布图，梳理车速、温度、压力、位置上百种车载传感器，综合多类传感元件协同完成整车自动监测。整体搭建 “电熨斗结构图学习双金属片温控应用→电饭锅温控结构图探究居里温度磁控传感→烟雾报警器原理图解析光电安防传感器→汽车整车传感器图拓展多传感协同工业应用” 完整探究链条，把抽象传感物理原理落地日常家电、安全防护、现代交通，实现全章知识综合整合与工程价值升华。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经完整掌握各类传感器定义、光敏电阻、NTC/PTC 热敏电阻、应变式力传感器、电磁转换器件基础原理，了解热膨胀、磁性、光散射基础物理规律；日常使用电熨斗、电饭锅，见过楼道烟雾报警器、汽车，但无法拆解设备内部传感核心结构；不清楚双金属片、感温铁氧体两类新型温度传感元件工作机制，不能区分遮光、散射型烟雾报警器光路差异，对汽车多传感器协同工作逻辑缺乏整体认知。 2. 能力基础 学生具备单一传感器原理分析能力，但结合热学、磁学、光学多章节知识综合分析复合传感设备的跨模块综合推理能力薄弱；对比家电、安防、汽车三类场景传感器应用差异的分类归纳能力不足；从整机外观拆解内部传感核心部件、梳理信号控制完整流程的建模拆解能力偏弱。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：电熨斗依靠热敏电阻控温，而非双金属片热膨胀；电饭锅断电依靠普通 NTC 热敏电阻，不涉及磁性与居里温度；烟雾报警器只依靠遮挡光线报警，不存在散射型结构；汽车只配备 1～2 个速度传感器，不需要多类传感协同；自动控温、报警设备仅依靠单一传感器就能完成全部控制逻辑。 三、教学目标 1. 物理观念 建立分层完整传感器工程应用观念：电熨斗依靠两种金属热膨胀系数不同的双金属片，温度变化形变分离触点实现通断控温；电饭锅利用感温铁氧体居里温度（103℃）失磁特性，煮饭完成自动切断加热电路；光电式烟雾报警器分为遮光型、散射型，依靠光的遮挡、散射将烟雾浓度转化为电信号触发报警；现代汽车搭载几十至上百个温度、压力、转速、位置传感器，多类传感元件协同监测整车工况；所有智能家电、安防、交通工具自动控制，本质都是传感器采集非电学量转化电信号，驱动执行机构动作。 2. 科学思维 依托电熨斗实物与结构图建立热膨胀形变控温的热学 - 电学综合建模思维；借助电饭锅温控结构图建立居里温度、磁性、电路通断跨模块演绎思维；利用光电式烟雾报警器原理图建立光路变化与电信号触发的光学传感分类归纳思维；依靠汽车整车传感器分布图建立多传感协同、分层监测的系统工程思维，四层思维同步开展训练。 3. 科学探究 观察电熨斗实物与内部结构图，看懂双金属片、触点、调温旋钮结构，梳理升温形变断开电路的控温流程；看懂电饭锅实物与底部温控结构图，理解感温铁氧体、永磁铁在 103℃居里温度下磁性消失的断电机制；解读光电式烟雾报警器原理图，区分遮光型、散射型光路结构，分析烟雾对光线传播的两种影响；分析汽车整车传感器标注图，识别温度、转速、压力、位置多类车载传感元件，理解协同监测整车运行；完整经历 “电熨斗结构图探究双金属片温控家电→电饭锅温控结构图学习居里温度磁控传感设备→光电烟雾报警器原理图解析光传感安防装置→汽车整车传感器分布图拓展多传感协同交通工程应用” 标准化综合探究流程。 4. 科学态度与责任 双金属片温控电饭锅、电熨斗普及千家万户，光电烟雾报警器保障建筑消防安全，车载多传感器提升行车安全，各类传感元件是民生、安全、交通领域的安全保障核心部件，激励学生学好物理基础原理助力国产智能家居、车载传感芯片自主研发；设计温控、报警设备时兼顾灵敏度、安全阈值、使用场景，培养兼顾理论规律与民生安全的工程严谨思维；烟雾报警器、车载安全传感器降低火灾、交通事故伤亡，体现物理技术守护生命安全的重大社会价值；一套智能设备需要热、光、磁、力多类传感器协同工作，培养统筹配合、系统处理复杂工况的全局思维；居里温度、双金属膨胀、光散射等基础物理规律落地实用设备，感受基础物理理论持续赋能现代生活与工业。 四、教学重难点 重点 电熨斗双金属片控温原理；电饭锅感温铁氧体居里温度自动断电机制 遮光型、散射型光电烟雾报警器工作差异；汽车多传感器协同监测的应用价值 难点 理解双金属片两种金属膨胀系数差异带来的形变方向、触点通断逻辑 区分遮光、散射两类烟雾报警器光路触发报警的底层光学机制；居里温度磁性突变控制电路通断 五、教学方法 家电结构图解分析法：电熨斗实物结构图，拆解双金属片控温整套机械电路； 磁热结合图解法：电饭锅温控结构图，融合热学、磁学讲解居里温度断电； 光路对比图解法：光电烟雾报警器原理图，对比遮光、散射两类光路； 整机系统图解拓展法：汽车整车传感器分布图，梳理多传感协同工程应用； 生活实例辨析抢答法：出示家电、安防、汽车传感相关易错判断题，纠正认知偏差。 六、教学资源 教科版高中物理选择性必修第二册课本；电熨斗实物与内部结构示意图、电饭锅实物与底部温控结构示意图、光电式烟雾报警器原理图、汽车整车各类传感器标注图；双金属片演示教具、铁氧体、酒精灯分组演示器材；智能家居、车载安全传感科普图文素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 电熨斗实物与内部结构图引入，探究双金属片温度控制家电（10 分钟） · 投影电熨斗实物与内部结构图 · 展示电熨斗外观与内部调温旋钮、升降螺丝、弹性铜片、双金属片、触点、电热丝全套结构，抛出问题：熨烫不同面料需要不同温度，设备如何自动维持恒温。 · 分层讲解双金属片控温完整流程：双金属片由膨胀系数差异很大的两种金属压制而成；低温时两种金属形变差距小，触点贴合，电热丝通电加热；底板升温后，两种金属膨胀长度不同，双金属片向膨胀小的一侧弯曲，触点分离，电路断开停止加热；温度下降后形变恢复，触点再次闭合循环加热；旋转调温旋钮可改变触点初始间距，设定不同恒温档位。同步区分该装置属于机械式温度传感器，依靠热膨胀形变完成温度到电路通断的转换。 · 抛出同桌交流任务两分钟：低温、高温时双金属片弯曲方向、触点状态分别是什么，两种金属膨胀系数差异在控温中起到什么作用，教师巡回倾听各组发言。 · 出示全班辨析思考题：电熨斗依靠 NTC 热敏电阻控温、温度升高双金属片触点保持闭合，判断对错，点名学生作答并完整说明依据。 · 过渡铺垫：除双金属片机械温控，电饭锅依靠磁性材料实现精准断电，下一张电饭锅温控结构图学习居里温度磁控传感。 · 认真观察电熨斗实物与内部结构图，分清双金属片、触点、调温旋钮、电热丝位置，理清加热、断电循环流程。 · 完整记录双金属片控温核心：双金属片两种金属膨胀系数不同；升温弯曲分离触点断电，降温贴合通电加热。 · 和身旁同桌相互交流形变思辨问题，分工说出膨胀系数差距越大，弯曲形变越明显，才能实现触点自动分合。 · 独立判断辨析题对错，完整写出纠正对应的双金属片形变规律，规避两类基础认知误区。 · 建立热膨胀实现温度自动控制的机械传感模型。 环节二 电饭锅实物与温控结构图探究，解析居里温度感温铁氧体自动断电（10 分钟） · 投影电饭锅实物与底部温控结构示意图 · 展示电饭锅整机、底部加热控制组件、剖面结构，介绍核心元件感温铁氧体与永磁铁，给出居里温度定义：感温铁氧体常温有铁磁性，103℃失去磁性。 · 分层分步讲解煮饭断电完整逻辑：按下煮饭开关，永磁铁吸合感温铁氧体，触点闭合，电热板持续加热；锅内水分未蒸发完时，水温维持 100℃，铁氧体保持磁性持续通电；米饭煮干后锅底温度升至 103℃，达到居里温度，感温铁氧体失磁，永磁铁分离，弹簧带动触点断开，加热电路切断，进入保温模式。同步点明这是磁热结合型温度传感设备，温度（非电学量）通过磁性变化控制电路通断。 · 布置四人小组简短讨论任务三分钟：为什么煮饭过程水温最高 100℃不会断电，米饭煮干升温到 103℃才自动断电。 · 汇总小组发言，统一得出结论：常压下水沸腾温度恒定 100℃，低于居里温度 103℃，铁氧体保持磁性持续加热；水分蒸干后无水分恒温，底板升温突破 103℃，磁性消失完成断电。 · 抛出同桌交流任务两分钟：对比电熨斗双金属片、电饭锅感温铁氧体，二者感知温度、控制电路的物理原理有什么区别。 · 认真观察电饭锅实物与温控结构图，看懂感温铁氧体、永磁铁、触点、转轴联动结构，熟记居里温度 103℃核心参数。 · 完整抄写电饭锅断电原理：＜103℃铁氧体有磁性→通电加热；≥103℃失磁→弹簧断开加热电路。 · 四人小组围绕煮饭温度思辨问题充分交流，小组代表举手完整分享讨论结论。 · 和身旁同桌相互交流两类温控器件对比思辨问题，分工说出电熨斗依靠热膨胀形变，电饭锅依靠居里温度磁性突变。 · 掌握磁热复合型温度传感器工作逻辑，拓展温度传感多元化实现方式。 环节三 光电式烟雾报警器原理图拓展，区分遮光、散射型光传感安防装置（11 分钟） 投影光电式烟雾报警器原理图 展示实物、遮光型、散射型两类剖面光路，标注发光元件、受光元件、检测室。 分层讲解两类报警机制：①遮光型：发光、受光元件正对，无烟时光束直射受光元件，电路正常无报警；烟雾进入遮挡光束，受光元件接收光强骤降，输出报警电信号；②散射型：发光元件侧向放置，无烟时光束无法射入受光元件；烟雾颗粒散射光线，部分光折射至受光元件，产生电信号触发报警。统一点明二者均属于光电传感器，烟雾浓度（非电学量）转化为光强、电信号实现安防预警。 抛出同桌交流任务两分钟：遮光型、散射型报警器，无烟、有烟时受光元件接收光线的变化分别是什么。 出示四道分层辨析判断题：烟雾报警器仅靠热敏电阻报警、电饭锅低于 103℃失磁、双金属片升温触点闭合、所有烟雾报警器光路结构完全一致，全班集体举手判断对错，逐题纠正误区。 过渡铺垫：家电、安防设备仅用到单一传感器，汽车搭载上百种传感元件协同工作，下一张汽车整车传感器分布图拓展多传感工业应用。 认真观察光电式烟雾报警器原理图，对比遮光、散射两种光路走向，看懂烟雾对平行光束的遮挡、散射两种作用。 完整抄写两类报警器核心区别：遮光型无烟有光、有烟无光；散射型无烟无光、有烟有散射光。 和身旁同桌相互交流光路变化思辨问题，分工说出两类设备触发报警的光线变化完全相反。 集体判断四道辨析题对错，针对每一道错题结合本节课温控、光电知识完整说明纠正依据，规避四类顽固认知误区。 拓展光电传感器在消防安全领域的实用场景，区分两类光路设计的适用场景。 环节四 汽车整车传感器分布图梳理，拓展多传感器协同交通工程应用（12 分钟） 投影汽车整车各类传感器标注图 标注油门、转速、温度、液位、压力、ABS 轮速、氧传感器等几十种车载传感元件，说明普通轿车搭载几十至几百个传感器。 分层分步讲解车载传感协同逻辑：温度传感器监测冷却液、油温；压力传感器检测进气、刹车液压；转速传感器采集曲轴、车轮转速；位置传感器感知油门、方向盘角度；所有传感器实时采集整车工况非电学量，转化电信号传输至车载控制中心，实现动力调控、刹车安全、故障预警、油耗监测。同步整合全章各类传感原理，汽车综合运用温度、光电、力、磁、位移全品类传感器。 布置四人小组对比讨论任务三分钟：对比电熨斗、烟雾报警器、汽车传感系统，三者使用传感器数量、功能复杂度有什么差异。 汇总小组发言，统一整理对比要点：电熨斗单一双金属片温控；烟雾报警器单一光电传感；汽车多类上百个传感器协同，兼顾动力、安全、监测多重功能。 完整梳理本节课逻辑链：电熨斗实物结构图学习双金属片热膨胀温控家电→电饭锅温控结构图探究居里温度磁热传感断电机制→光电烟雾报警器原理图区分两类光路光电安防传感器→汽车整车传感器分布图拓展多传感协同现代交通工程应用。 布置课后分层作业，拓展实践思考任务：观察家中电熨斗、电饭锅，楼道烟雾报警器，说出内部对应的传感元件与工作原理。 · 认真观察汽车整车传感器分布图，识别各类温度、转速、压力、位置传感元件，理解多传感协同监测整车运行的系统逻辑。 · 完整抄写车载传感器作用：多类传感器采集温度、转速、压力、位移信号，传输车载电脑调控整车工况、保障行车安全。 · 四人小组围绕三类设备传感复杂度对比思辨问题交流，分条整理单一传感、多传感协同的差异，小组代表举手分享。 · 独立完成应用流程简答题，完整口述烟雾报警器遮光型设备从产生烟雾到报警的完整信号转换步骤。 · 和身旁同桌互相口述双金属片、居里温度、两类烟雾报警器、车载传感全部核心知识点，整合第五章全章传感器内容形成完整综合应用框架。 环节五 习题巩固 + 课堂总结（3 分钟） · 出示四道分层思考题：电熨斗双金属片原理简答、电饭锅居里温度填空、两类烟雾报警器光路区分、汽车传感器作用问答。 · 带领学生复盘四张配图对应的核心内容：电熨斗实物结构图掌握双金属片热膨胀控温；电饭锅温控结构图熟记 103℃居里温度磁性突变断电；光电烟雾报警器原理图分清遮光、散射两种光路报警机制；汽车整车传感器分布图理解多类传感元件协同监测整车工况。 · 集中纠正四类典型认知误区：电熨斗依靠热敏电阻控温、电饭锅低温失磁、烟雾报警器光路无区分、汽车仅配备少量传感器。 · 布置课后分层作业：基础题抄写双金属片控温、电饭锅居里温度原理、两类烟雾报警器区别；提升题完成家电、安防、汽车传感设备对比简答题；实践作业观察家中两类自动设备并拆解分析内部传感部件。 · 独立完成四道分层思考题，动笔书写完整分析、简答依据，自行对照梳理错题，标记容易混淆的热、磁、光传感机制。 · 跟随教师复盘本节课传感器工程应用完整探究主线，理清四张配图对应的四大核心知识板块。 · 记录四类典型认知误区，在课本对应位置标注提醒自己规避。 · 完整记录课后三层作业，区分概念识记、对比简答、生活观察三类任务。 环节六 课堂收尾 · 回扣开篇电熨斗实物结构图进行收尾总结：本节课我们以生活家电、安防、汽车为载体，综合运用热学、磁学、光学、电路知识，学习双金属片、感温铁氧体、光电元件、多类车载传感器四类典型应用，明白了所有智能自动设备均依靠传感器将温度、烟雾、转速、压力等非电学量转化为电信号实现自动控制，至此第五章传感器整章内容全部学习完毕。 · 完整回顾本节课全部核心内容：双金属片温控原理、电饭锅居里温度磁控断电、遮光 / 散射型烟雾报警器、汽车多传感器协同系统，清晰记住四张配图对应的完整探究主线，整合第五章 1～3 节传感器定义、元件原理、工程应用构建完整统一知识体系。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托电熨斗实物与内部结构图、电饭锅实物与温控结构示意图、光电式烟雾报警器原理图、汽车整车各类传感器标注图四组教材素材，沿着家用温控设备、厨房磁控电器、消防安全装置、车载智能系统的完整脉络落实多维育人目标。第一，双金属片温控电器、光电烟感、车载安全传感设备全部是保障民生便利、消防安全、行车安全的核心装备，我国大力发展国产智能家居、车载传感芯片产业，热、磁、光基础物理知识是智能制造、安全防护产业底层支撑，激励学生扎实学好物理，投身国产传感设备自主研发；第二，电饭锅精准 103℃断电、烟雾报警器灵敏探测微量烟雾、车载多传感器多重冗余监测，设计过程兼顾灵敏度、安全阈值、工况适配，培养学生严谨务实、兼顾理论与现实安全需求的工程思维；第三，光电烟雾报警器降低建筑火灾伤亡，车载 ABS、温度传感器减少交通事故，温控家电便利日常生活，体现物理技术兼顾生命安全与民生便利的双重社会价值；第四，一套智能汽车、楼宇安防系统需要热、磁、光、力多类传感器分工配合，培养统筹规划、分层协同处理复杂系统的全局思维；第五，双金属热膨胀、居里磁性相变、光散射等基础物理规律转化为千家万户日常设备，引导学生主动迁移课本基础理论解决生活、工业真实问题，树立学以致用的科学观。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课家电、安防、汽车实景结构图贴近学生日常生活，四人小组三类设备传感复杂度对比讨论、同桌光路 / 形变辨析交流课堂参与度较高，但学生存在四类顽固认知误区，对温控器件类型、居里温度区间、烟雾报警器光路、车载传感器数量理解存在薄弱点：第一，大量学生混淆电熨斗、电饭锅温控核心元件，误以为二者都依靠热敏电阻；第二，颠倒居里温度特性，认为低温时感温铁氧体失去磁性；第三，无法区分遮光、散射型烟雾报警器光路光线变化差异；第四，低估汽车传感器数量，认为仅配备单一转速传感器；同时部分学生自主综合热、磁、光学知识分析复合设备的跨模块推理能力偏弱，容易混淆三类应用的物理转换机制。 2. 修改措施 第一，课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：电熨斗双金属片而非热敏电阻、电饭锅≥103℃失磁、遮光 / 散射光路光线变化相反、汽车搭载上百个多类型传感器； 第二，课堂增加四轮抢答互动练习：温控元件判断、居里温度特性、烟雾报警器光路区分、车载传感器功能问答，快速纠正基础认知误区； 第三，延长四人小组家电、安防、汽车传感系统对比讨论时长，帮扶跨模块推理薄弱学生整理热、磁、光三类转换原理对照表； 第四，课后配套分层作业，基础层抄写双金属片、居里温度、两类烟雾报警器完整原理；提升题完成三类应用场景传感器对比简答题；拓展作业居家观察两种自动设备并分析内部传感部件； 第五，第五章全章复习课课前两分钟快速梳理温度、光电、力、磁四类传感器及生活应用，整合全章知识形成体系。 学科网（北京）股份有限公司 $