5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 教学设计 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

课程名称

利用传感器制作简单的自动控制装置

教师姓名

授课时长

40分钟

知识点来源

学科：物理　　年级：高二　　教材版本：人教版（2019）选择性必修第二册

课题：第五章　传感器　第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置

知识点描述

自动控制装置的基本组成：传感器把被测量转换成电信号，控制电路对信号进行处理，最后由执行机构完成动作，即“传感器—控制电路—执行机构”三段结构。

干簧管式门窗防盗报警装置：把磁条装在门（窗）上，干簧管装在门框上，门关闭时磁条使干簧管内的簧片吸合；门被打开时磁条远离、簧片断开，电路状态改变而触发报警。

光控开关电路：用光敏电阻感受光照强弱，把它与电阻分压后的电压送到三极管的基极，通过三极管的开关作用控制继电器，实现天黑灯亮、天亮灯灭。

三极管的作用：三极管有放大和开关两种作用。基极电流的微小变化可以引起集电极电流的较大变化，因此在自动控制电路中常用作无触点电子开关。

继电器的作用：继电器利用电磁铁吸引衔铁来控制工作电路的通断，可以用较小的电流控制较大的电流，并把控制电路与工作电路隔离开来，既方便又安全。发光二极管则常用来指示电路的通断状态。

教学目标（指向核心素养）

一、物理观念

1.知道自动控制装置的基本组成和“传感器—控制电路—执行机构”的工作流程，形成系统的技术观念。

2.知道三极管和继电器在自动控制中的作用，理解“小电流控制大电流”的思想。

二、科学思维

1.经历由“被测量变化”到“电路通断”的分析过程，体会把物理量转换为开关动作的电路设计思路。

2.能在给定的功能要求下选择合适的传感器与执行元件，发展方案设计与优化能力。

三、科学探究

1.通过观察门窗防盗报警装置和光控开关电路的工作过程，能提出“怎样让电路自动动作”的可探究问题。

2.能按电路图连接简单电路并调试，如实记录实验现象，分析并排除简单的故障。

四、科学态度与责任

1.通过亲手制作自动控制装置，体会物理知识在实际生活中的应用价值，增强动手实践的成就感。

2.在连接和调试电路的过程中严格遵守安全用电规范，形成规范操作、安全第一的责任意识。

教学重点

自动控制装置的基本组成；利用光敏电阻、干簧管与三极管、继电器制作简单自动控制装置的思路。

教学难点

三极管的开关作用与放大作用的理解；把传感器的输出信号与三极管基极电流的变化联系起来的电路分析；继电器控制工作电路的通断过程。

适用对象

高二年级学生（人教版2019·选择性必修第二册）

课型

（注：可选择如下选项，也可以补充填写）

√新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他

教学用途

（注：可选择如下选项，也可以补充填写）

√课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他

设计思路

教材与学情：学生已认识多种传感器，本节是把它们与三极管、继电器组合成实用装置，属于动手实践课，难点是电路工作原理的分析与调试。

设计主线：认识装置的组成→分析防盗报警装置→分析光控开关电路→动手制作与调试→归纳设计思路，全程40分钟。

难点突破：用“传感器改变基极电流→三极管导通或截止→继电器吸合或释放→工作电路通断”这条链条把电路串起来，先讲清每一环的作用，再合起来看整体。

反馈矫正：提出“把光敏电阻与定值电阻的位置对调，电路的功能会怎样改变”这一设问，检验学生是否真正理解分压与触发的关系。

教 学 过 程

环节

内 容

设计意图

一、导入新课

（约4分钟）

【情境引入】演示门窗防盗报警装置：接好电路后，把磁条靠近干簧管，装置不报警；把磁条移开，蜂鸣器立刻发出响声（图5.3-1）。

【设问】装置中没有人在操作，它是怎样“知道”门窗被打开的？传感器、控制电路和执行机构各起了什么作用？

图5.3-1 门窗防盗报警装置电路图

用一个能当场演示的完整装置引入，让学生对“传感器—控制电路—执行机构”的整体结构形成直观印象。

二、新课教学（一）

（约12分钟）

1.整体结构：自动控制装置一般由传感器、控制电路和执行机构三部分组成，即“被测量→传感器→控制电路→执行机构→动作”。

2.传感器部分：干簧管把“磁条的靠近与远离”转换成电路的通断，是敏感元件直接感受被测量的环节。

3.控制电路：三极管起开关作用，基极电流的微小变化可以控制集电极电流的较大变化；用较小的输入信号就能控制较大的工作电流。

4.执行机构：继电器利用电磁铁吸引衔铁来控制工作电路的通断，实现“小电流控制大电流”，并把控制电路与工作电路隔离开来。

5.状态指示：发光二极管串联在电路中，用来显示电路是否接通，便于观察和调试（图5.3-2、图5.3-3）。

图5.3-2 三极管电路符号及实物图

先建立整体流程图，再逐环深入，让学生始终有一个“整体—局部—整体”的认识路径，避免陷入元件细节而失去全局。