5.2 传感器的应用 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理粤教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，承接上一节传感器基础理论，通过复习欧姆定律推导传感电路电压变化规律，结合生活中自动门、酒驾检测仪等实例导入，搭建从理论到应用的学习支架。 特色在于分层场景教学（生活到航天），结合欧姆定律定量分析电路，引导学生绘制自动门闭环流程图，融入国产航天传感器案例培养科学态度与责任。提升学生理论联系实际能力，为教师提供结构化教学与思政融合方案。

教学设计 课程名称 传感器的应用 选用教材 高中物理粤教版选修二 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 本节是第五章传感器的应用拓展综合课，承接上一节传感器定义、三层结构、热敏与光敏元件的基础理论，按照生活化到高端产业的层级逻辑划分四大应用场景：日常生活、农业生产、工业制造、航天航空，额外补充手机便携设备中的微型传感器拓展素材。教材以酒驾检测仪、自动门、家电传感设备实物图引入生活场景，依托红外线传感器原理拆解自动门完整自动控制流程；结合农田喷灌、智能温室讲解温湿度传感器在农业自动化中的调控逻辑；依托汽车焊接机器人、工厂监控系统说明视觉、力学、温度多类传感器协同实现工业自动化生产；以我国长征火箭、天宫一号、神舟七号载人飞船为实例，介绍压力、生理、光学传感器在航天遥测、航天员生命监测中的核心作用，客观点明国内高端工业传感设备与国外存在的技术差距，同时指明行业发展前景。全程串联欧姆定律(U=IR)作为核心定量推导依据，结合热敏、光敏电阻阻值变化规律推导传感电路电压输出变化，配套多处讨论与交流探究任务，引导学生绘制控制流程、设计传感应用情景，实现基础电路理论、传感器元件特性与现实工程应用深度结合，让学生理解传感器是实现各行各业自动化、智能化的核心底层器件。 二、学情分析 1. 知识储备 学生在上一节课完整掌握传感器三层组成结构，熟记热敏电阻、光敏电阻阻值随温度、光照的变化规律，熟练掌握串联电路欧姆定律(U=IR)，能够完成电阻、电流、电压三者之间的变量推导计算；了解红外线具有热效应、人体持续向外辐射红外光的光学基础；具备基础自动化控制逻辑认知，日常接触自动门、智能手机、空调温控、汽车等搭载传感器的设备；能够区分温度、光照、压力、气体四类非电学量对应的传感元件，但无法将课本中孤立的热敏、光敏电阻理论，对应到自动门、农业喷灌、工业机器人、航天火箭等成套自动化设备中，不清楚多类传感器协同工作的控制流程，也不了解我国航天、工业领域传感器国产化发展现状。 2. 能力现状 学生具备基础电路变量推导能力，能借助欧姆定律分析电阻变化带来的分压电压改变；拥有基础图像读图、流程绘制能力，可以根据实物示意图梳理信号转换步骤；小组讨论中能够列举生活里的传感设备，但跨场景迁移建模能力薄弱，无法自主把单一组份传感元件原理拓展到成套自动化控制系统；只能单独分析单一传感器工作过程，难以梳理多传感器协同调控的完整逻辑；在结合国产航天、工业实例分析时，难以挖掘物理理论对高端制造的支撑作用，数理推导与工程应用结合的综合分析能力不足。 3. 思维认知痛点 学生存在多处典型思维误区：一是割裂上一节传感元件理论与本节成套设备应用，认为自动门、农业温室、工业机器人是全新知识，无法串联热敏、光敏、红外传感器的基础转换逻辑；二是分不清自动控制完整流程，只记住传感器采集信号，忽略信号传输、电路处理、执行机构动作的完整闭环；三是无法结合欧姆定律自主推导温度、光照、气体浓度变化时，传感电路输出电压的变化规律，缺少定量分析自动化设备的数理思维；四是局限于家用小型传感器，认为高精度工业、航天传感器原理完全不同，不能理解基础传感模型通用；五是片面认为我国传感技术完全成熟，不了解高端工业传感器存在技术短板，无法辩证看待科技发展的机遇与挑战；六是难以自主设计包含传感器的自动化控制情景，缺乏理论联系工程实际的创新建模思维。 三、教学目标 1. 物理观念 构建 “传感元件 — 信号转换 — 电路处理 — 设备自动执行” 一体化自动化物理观念，能够区分生活、农业、工业、航天四大领域对应的红外、温度、压力、气体、光学传感器；依托欧姆定律(U=IR)理解外界环境改变使传感电阻变化，进而改变电路输出电压，完成非电学量到控制指令的完整转化；明确红外线传感器、温湿度传感器、力学传感器、航天压力传感器的信号转换本质，知道所有自动化设备均依托传感器实现自动感知，形成物理理论赋能各行各业智能化发展的整体认知。 2. 科学思维 结合欧姆定律完成传感电路定量推导，分析温度、光照、红外信号变化时电路电压输出规律，锻炼数理结合工程设备的定量推导思维；分层拆解自动门、智能温室、焊接机器人、运载火箭四大成套设备的控制流程，建立闭环自动化系统分层建模思维；对比四大领域传感器使用场景、精度要求，建立分类对比归纳思维；辩证分析我国传感产业发展的优势与短板，培养客观全面看待国产科技发展的辩证思维；整合前一节传感元件知识与本节成套设备应用，搭建完整传感器知识逻辑链条。 3. 科学探究 观察生活各类传感设备实物示意图，小组合作绘制自动门红外传感完整工作流程图；结合农田喷灌系统，分组讨论温湿度传感器调控供水、温控设备的逻辑；结合长征火箭航天传感实例，发挥想象力设计航天传感应用情景并小组交流；利用欧姆定律推导温度变化时热敏电阻控制电路的电压变化，完整走完 “读图梳理流程 — 数理定量推导 — 情景创新设计 — 分组交流论证” 探究流程，提升传感器工程应用类综合探究能力。 4. 科学态度与责任 运用欧姆定律推导传感电路电压变化、绘制自动化控制流程图、分组讨论成套设备工作逻辑时，规范书写公式、条理梳理信号传递步骤，养成严谨规范、理论结合工程实际的科学演算与建模素养；小组合作绘制流程、设计航天传感情景时分工配合，锻炼沟通互助、协同完成工程类探究任务的团队意识；通过了解传感器支撑智能家居、现代化农业、智能制造、载人航天全领域发展，认识热敏、光敏、红外传感等基础电磁物理理论是现代自动化产业的底层根基；客观认识我国高端工业传感器国产化仍存在短板，同时知晓天宫、神舟、长征系列火箭全面搭载自主研发航天传感设备，引导学生扎实掌握电路、传感器相关数理推导与建模能力，树立运用电磁传感物理知识突破高端元器件技术壁垒、助力我国智能制造、航天科技全面自主化发展的家国责任，树立刻苦钻研基础物理、投身国产科技研发的远大理想。 四、教学重难点 重点 四大领域（生活、农业、工业、航天）各类传感器的应用场景与基础工作原理； 依托欧姆定律(U=IR)推导传感电阻变化引起电路输出电压改变的定量规律； 自动门红外传感器完整闭环自动化控制流程梳理； 我国航天工程中压力、生理、光学传感器的核心作用。 难点 结合欧姆定律定量推导环境变量改变后，传感控制电路的电压变化逻辑； 梳理成套自动化设备 “传感器采集信号 — 电路处理 — 执行机构动作” 完整闭环流程； 区分民用、工业、航天传感器精度、工作环境的差异化要求； 辩证看待我国传感产业发展现状，建立基础物理理论支撑高端元器件研发的认知。 五、教学方法 场景分层讲授法：按照生活 — 农业 — 工业 — 航天由浅入深分层讲解传感器应用场景； 公式定量推导法：依托欧姆定律完成传感电路电压变化的数理推导； 流程图建模分析法：拆解自动门、智能温室的自动化控制闭环流程； 分组讨论探究法：组织学生绘制流程、设计航天传感情景、辨析设备工作逻辑； 实例情境分析法：结合酒驾检测仪、喷灌设备、焊接机器人、长征火箭实物实例讲解应用； 辩证拓展法：客观分析国内传感产业优势与技术短板，拓展国产科技发展素材。 六、教学资源 教材配套图片：生活各类传感设备汇总图、农田自动喷灌系统示意图、汽车焊接机器人工业设备图、长征二号 F 运载火箭航天设备图；配套素材：欧姆定律传感电路推导学案、自动门控制流程图绘制模板、四大领域传感器分类表格、课堂情景设计练习题、国产航天传感设备拓展阅读材料。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 复习公式，生活场景导入新课（6 分钟）  旧知回顾与公式完整推导：上一节课我们学习热敏、光敏电阻，当温度、光照改变时电阻数值会发生变化，而传感控制电路均为串联电路，电路电压、电流、电阻满足欧姆定律核心关系式(U=IR)。我们对公式进行逻辑推导：电路总电源电压保持不变，传感电阻 R 发生变化时，电路内电流 I 同步改变，串联分配给控制元件的电压 U 也会随之改变，电压信号传递给控制器，就能驱动设备完成自动动作，这是所有自动化传感设备的底层定量逻辑。  生活化提问过渡：我们生活里商场自动人走近自动开门、酒驾检测仪识别酒精气体、空调自动控温，这些智能设备依靠什么器件实现无人自动感知？今天我们结合各类场景，全面学习传感器在各行各业中的实际应用。  展示生活中各式各样的传感器汇总图 逐一分辨图内酒驾气体传感器、红外报警器、称重压力传感器、家电温控传感器，讲解每一类设备对应的被测非电学量，简单说明红外、气体、压力三类传感器的基础转换逻辑，引出本节课四大应用场景框架。  出示基础推导计算题，题目具体如下：定值电阻与负温度系数热敏电阻串联接入恒定电源，环境温度升高，结合欧姆定律公式分析热敏电阻阻值、电路电流、定值电阻两端电压三者分别如何变化，完整书写推导逻辑。带领学生分步代入公式完成变量推导，巩固电阻与电压的变化关联。  在草稿纸上完整记录欧姆定律公式(U=IR)，跟随教师完成串联电路内电阻、电流、电压三者连锁变化的逻辑推导，理解温度、光照等外界条件改变，最终会转化为电压控制信号驱动设备动作，熟练掌握传感电路定量变化规律。  观看生活各类传感设备汇总图，逐一识别图中展示的各类家用、安防传感设备，在笔记本上记录气体、红外、压力传感器对应的生活设备，主动回忆家中空调、洗衣机、自动门等带传感功能的家电，建立生活传感场景认知。  独立完成基础推导计算题，完整代入欧姆定律分步分析升温后热敏电阻阻值减小、电流增大、定值电阻分压升高的完整变化链条，规范书写变量推导步骤，熟练运用公式分析传感电路变化。  同桌互相交流身边见到的自动传感设备，分别说出设备依靠什么类型传感器工作，互相补充生活里红外、温度、压力传感器的应用实例，加深对传感设备生活化应用的理解。 环节二 生活与农业领域传感器应用探究（13 分钟）  细化生活领域红外传感器案例，以商场自动门为核心讲解：人体持续向外辐射固定波长的红外线，自动门凸起装置内部搭载红外线传感器。人靠近大门时，传感器接收人体红外信号，将光信号转化为电压电学量，电压信号传输至控制器，控制器驱动电机打开大门；人远离后无红外信号输入，电机控制大门自动闭合。组织学生开展讨论与交流任务，要求小组绘制自动门完整工作流程图，梳理 “人体红外辐射→红外传感器→电压电信号→控制器→电机开门” 全部步骤。  拓展其余生活传感设备：电饭煲、冰箱使用温度传感器实现自动保温；酒驾检测仪搭载气体传感器，识别空气中酒精浓度，将气体化学量转化为电压信号，实现酒驾检测；电子秤依靠压力传感器，将重物压力转化为电阻变化，最终换算显示质量数值。  过渡到农业生产场景，展示农田自动喷灌系统示意图 详细讲解农田自动化调控逻辑：田间布置湿度传感器，实时检测土壤、空气水分含量，土壤干燥时湿度传感元件电阻发生变化，串联电路输出电压改变，控制器接收电压信号后启动喷灌设备供水；土壤湿度达标后，传感电阻复原，输出电压恢复初始数值，控制器关停喷灌系统。拓展智能温室配套温度、光照、二氧化碳浓度多类传感器，协同调控通风、遮阳、加温设备，实现全年蔬菜种植自动化管理。  出示场景匹配分析题，题目具体如下：商场自动感应大门、农田自动喷灌设备、家用恒温电饭煲分别依靠哪一类传感器工作，结合欧姆定律简单说明外界信号如何转化为控制电压信号。带领学生结合红外、湿度、温度传感元件阻值变化规律梳理作答思路。  认真记录自动门红外线传感器完整工作逻辑，小组合作领取流程图绘制模板，一步步梳理红外信号采集、电信号转换、控制器驱动电机的闭环步骤，完成自动门工作流程图绘制，小组内互相核对流程顺序，修正步骤遗漏问题。  观看农田自动喷灌系统示意图，理解湿度传感器调控喷灌供水的完整自动化闭环，结合温室种植实例，小组讨论温度、光照、二氧化碳传感器分别调控哪些大棚设备，完整梳理现代农业多传感协同调控的优势。  独立完成场景匹配分析题，准确匹配三类设备对应的红外、湿度、温度传感器，结合欧姆定律简单叙述湿度、温度变化带来电阻、电压改变的推导逻辑，完整表述信号转换过程。  小组开展交流讨论，对比生活、农业场景传感器的精度、使用环境差异，生活传感器侧重便捷低成本，农业传感器需要长期适应户外温湿度变化，归纳两类场景传感设备的设计区别。 环节三 工业与航天领域传感器应用拓展（14 分钟）  讲解工业生产场景，展示汽车生产线上的焊接机器人图 说明现代化工厂依靠多类传感器协同实现自动化生产：焊接机器人搭载视觉传感器识别焊件位置与外形、力学传感器抓取工件、温度传感器监测焊缝母材温度、电弧传感器监控焊接电流电压，多类传感器同步采集信号，转化为电压电信号传输至中央控制系统，全程无需人工操作，大幅提升生产效率与产品精度。拓展大桥、水坝埋设光纤传感器，实时监测结构裂痕，属于工业安全监控类传感应用。同时客观说明：高端智能制造工业传感器对精度、耐高温、抗震动要求极高，目前国内部分特种工业传感器可靠性与国外产品存在差距，但市场发展前景广阔。  过渡至航天航空领域，展示发射天宫一号的长征二号 F 运载火箭图 加粗，以我国自主航天设备为实例讲解航天传感应用：长征火箭助推器、整流罩搭载 8 组压力传感器，飞行 400 秒内实时采集飞行压力，将压力形变转化为电阻变化，依靠串联电路输出电压信号，传输至地面遥控中心，工作人员对比标准压力数值，实时修正火箭飞行姿态；神舟七号载人飞船搭载 20 余种传感器，其中耳包内温度传感器监测航天员体温，生理传感器采集心电、血压数据；哈勃望远镜搭载高精度光学传感器，捕捉深空天体光谱数据，实现宇宙深空探测。组织讨论交流任务，让学生发挥想象力设计一段航天传感应用情景，小组内互相分享交流。  出示综合辨析计算题，题目具体如下：工业温控设备搭载负温度系数热敏电阻，火箭压力传感元件受压后电阻数值减小，两类元件分别串联恒定电源，分析升温、受压两种条件下，控制电路分压电压分别如何变化，结合欧姆定律书写推导过程。带领学生结合两类传感元件阻值变化规律分步分析作答。  观看汽车生产线上的焊接机器人图，记录视觉、力学、温度、电弧四类传感器在焊接工序中的分工，小组讨论多传感器协同工作的闭环控制流程，理解工业自动化依靠多类传感信号同步输入实现精准生产；客观记录我国高端工业传感器存在的技术短板，同时思考基础物理电路、传感元件知识对突破元器件技术壁垒的作用。  观看长征二号 F 运载火箭图，完整记录火箭压力传感器、神舟飞船生理温度传感器、哈勃光学传感器的航天应用，小组发挥想象力编写航天传感应用情景，例如火箭升空压力传感器实时反馈异常、航天员体温传感器预警身体不适等，互相分享设计的情景，加深航天传感应用认知。  独立完成综合辨析计算题，分别推导升温、受压时传感电阻变化，结合欧姆定律分析分压电压变化趋势，规范书写完整推导步骤，区分工业温控、航天压力两类传感电路的变量变化逻辑。  小组辩证交流国内传感产业发展现状，一方面认识航天领域我国已实现传感设备全面自主研发，另一方面清楚高端工业特种传感器仍存在差距，树立努力学习物理知识助力国产元器件研发的责任意识。 环节四 课堂小结与分层作业（7 分钟）  系统梳理本节课完整知识脉络：本节课先依托欧姆定律(U=IR)完成传感电路电压变化定量推导，分层学习生活红外、温度、压力传感器，农业温湿度调控传感器，工业多协同传感设备，航天压力、生理、光学高精度传感器四大应用场景；梳理自动门、喷灌、焊接机器人、运载火箭成套自动化设备的闭环控制流程；辩证认识我国传感产业航天领域优势、高端工业领域存在的技术短板，完整建立 “传感元件 — 电信号转换 — 控制器执行动作” 通用自动化模型。  分层布置课后作业 基础作业：完整默写欧姆定律公式，推导负温度系数热敏电阻升温时分压电压变化逻辑；匹配自动门、喷灌、焊接机器人、长征火箭对应的传感器类型；完整绘制商场自动门红外传感工作流程图。 提升作业：设计简易温室温控串联电路，选用负温度系数热敏电阻，结合欧姆定律说明温度升高时电路电压如何触发通风设备，完整书写推导过程。 拓展实践：查阅神舟飞船生理传感器、国产工业温度传感芯片相关资料，整理一段文字说明传感器对航天、智能制造发展的支撑作用。  指导学生整理本节课公式推导学案、自动化流程图草稿、四大领域传感器分类笔记，有序收纳课堂绘图模板，保持桌面整洁。  跟随教师梳理完整知识框架，标记欧姆定律定量推导、四大场景传感应用、自动门闭环流程三大重难点，查漏补缺，完善自身笔记，形成统一自动化传感应用模型认知。  主动参与课堂整体回顾，按生活、农业、工业、航天顺序复述各类传感器用途，完整复述自动门红外传感全部控制步骤，同桌互相抽查公式推导、场景匹配核心知识点。  逐条记录分层课后作业要求，结合自身数理推导薄弱点规划作业完成顺序，基础作业巩固欧姆定律推导、流程绘制、场景匹配；提升作业强化温控电路设计与变量推导能力；拓展实践结合国产航天、工业传感设备，深化物理理论支撑高端科技发展的认知。  整理课堂绘图草稿、公式演算学案，针对工业、航天传感电路推导存在疑问的地方，课后主动向教师、同学交流请教，完善知识理解。 八、板书设计 c 九、课程思政 本节课依托欧姆定律传感电路定量推导、自动门自动化流程图绘制、农业喷灌、工业焊接机器人、长征火箭航天传感实例分层教学完整流程，学生在公式演算、流程建模、分组情景设计过程中规范书写物理公式、条理梳理信号传递步骤，养成严谨求实、理论结合工农业、航天工程实际的科学演算与系统建模素养；小组合作绘制自动门流程、设计航天传感应用情景时分工配合，锻炼沟通互助、协同完成工程类物理探究任务的团队协作意识；通过学习传感器全面覆盖智能家居、现代化农业、自动化工厂、载人航天深空探测全领域，认识热敏、红外、压力传感及串联电路欧姆定律等基础电磁物理理论是现代智能化产业的底层核心技术；客观辩证看待我国传感产业发展现状，载人航天工程已全面搭载自主研发高精度压力、生理、光学传感器，实现核心元器件国产化，但耐高温、高压的高端工业特种传感器仍与国外存在技术差距，引导学生扎实掌握电路定量推导、传感器系统建模等物理核心能力，树立运用传感相关物理知识突破高端元器件技术壁垒、助力我国智能制造、航天深空探测技术全面自主可控发展的家国责任，树立深耕基础物理、投身国产科技研发、实现科技强国的远大理想。 十、教学反思和修改 教学反思 本节课严格按照教材逻辑完成欧姆定律传感电路公式推导、四大场景传感器应用分层讲解、四张教材配图识图教学、自动门流程绘制、航天传感情景设计完整教学流程，依托四张教材配图开展生活传感设备、农田喷灌、工业焊接机器人、长征火箭航天设备识图教学，大部分学生能够记住欧姆定律推导传感电路电压变化规律，分清四大场景对应的传感器类型，梳理自动门基础自动化流程，但课堂存在明显短板：一是欧姆定律联立传感电阻变量推导环节，基础薄弱学生跟不上温度、压力改变带来电阻、电流、分压电压连锁变化的完整逻辑，无法自主完成成套设备的定量分析；二是闭环自动化流程建模讲解时，部分学生只能记住传感器采集信号，忽略控制器、执行电机的后续环节，流程绘制存在步骤遗漏；三是工业、航天场景内容信息量大，小组情景设计交流时间不足，学生难以充分发挥创新想象设计航天传感故事情节；四是学生容易混淆民用、工业、航天传感器的精度与工作环境要求，无法区分不同场景传感元件的设计差异，辩证看待国产传感产业发展的思维建立不够充分。 修改措施 课前发放预习学案，提前复习欧姆定律串联电路变量变化规律，预留传感电阻变化推导填空练习，压缩课堂基础公式推导讲解时长；增加自动化闭环流程分层填空模板，分步标注传感器、控制器、执行机构三大模块，分层提问引导学生完整梳理信号传递全步骤，减少流程绘制遗漏问题；提前精简农业、工业场景文字讲解时长，预留充足时间开展航天传感情景设计小组交流，鼓励学生充分分享创新设计情节；增加两道课堂随堂辨析计算题，专门训练生活、工业、航天三类传感电路的变量推导，对比三类场景传感器精度差异，针对学困生单独梳理欧姆定律完整变量推导步骤；课后布置欧姆定律传感电路推导默写、自动门完整流程绘制专项习题，强化定量演算与系统建模能力，增设国产航天传感、工业芯片拓展小题，巩固传感器在国产高端装备中的应用认知，增加产业发展辩证简答题，强化学生客观、全面看待国产科技发展的辩证思维。 学科网（北京）股份有限公司 $