9.3传感器的应用 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理沪科版选择性必修第二册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高三 学期 秋季 课题 传感器的应用（第一课时） 教学目标 1. 通过传感器技术在轨道交通领域的应用，使学生感受传感技术和人工智能技术已在轨道交通领域实现深度融合。 2. 通过传感器技术在无人驾驶汽车领域的应用，使学生感受传感器技术对自动化与智能化的巨大价值。 3. 通过“大家谈”讨论智能手机里各种传感器的应用，使学生了解身边的技术应用及原理，感受传感器应用给人们带来的便利以及经济效益与社会效益。 4. 通过了解身边的智能化技术的应用，让学生体会传感器的研发和运用的日新月异。 教学重难点 本节课的教学内容主要包括三个部分： 第一部分：通过观看视频资料，感受轨道交通的无人驾驶技术；通过类比人的感觉器官，知道多种类型传感器在先进轨道交通应用起到的重要作用，体会物理知识在技术中的应用。 第二部分：通过具体实例，了解汽车自动驾驶技术的三大感知系统和四大硬件传感器，从而理解传感器在无人驾驶汽车方面日新月异的应用。 第三部分： 通过“大家谈”引导学生了解智能手机自动旋转屏幕、自动调节屏幕亮度、自动熄屏等功能，让学生分析这些功能是通过哪些传感器实现的，了解手机日新月异的性能是思维创意与科技发展的产物。 教学重点： 1. 了解传感技术在先进轨道交通领域的应用。 2. 了解传感技术在无人驾驶汽车上的应用。 3. 了解传感技术在智能手机里的应用。 教学难点： 1. 掌握传感技术与智能系统的结合点及其实现方式。 教学过程 【回顾】 什么是传感器?常见传感器及其工作原理。 传感器为各个领域实现自动化、网络化、智能化提供必需的条件，也为人们的日常生活带来更多便捷。 【传感器的应用】 传感器在：先进轨道交通、无人驾驶汽车、智能手机三个方面的应用 1. 传感器在轨道交通领域的应用 观看视频：上海轨道交通15号线的无人驾驶，了解到无人驾驶能够实现更精确的站点停靠和时间控制，减少人为因素导致的延误，使车辆按照最优化的运行曲线进行运营。15号线是目前最高等级全自动无人驾驶系统的地铁线路。 展示图片：高速铁路智能驾驶系统可通过感知系统实现自主识别障碍物、道路、交通信号，自动发车、自动运行、自动停动停车和开关车门，以及在故障情况下实现自动恢复等功能。无人驾驶是当今行业最先进、最前沿技术的代表，这一切都依赖于安装在列车上的上千个传感器。 类比：将传感器与人的感觉器官（视觉、触觉、嗅觉）类比。 教师介绍：列车运行涉及的多种类型的传感器。 （1）列车运行状态信息收集涉及哪些传感器? 图像采集传感器、机器视觉传感器、激光传感器、高质量温度传感器、加速度传感器 （2）列车轨道状态远程监测涉及哪些传感器? 激光雷达、高铁“吊弦”检测专用视觉传感器。 （3）列车内外环境综合检测涉及哪些传感器? 温湿度传感器、气压传感器、烟雾浓度传感器。 2. 传感技术在汽车上的应用 （1）传感器在汽车方面的应用也是日新月异，汽车传感器从过去单纯的用于发动机上，现在已扩展到底盘、车身和灯光电气系统。 （2）无人驾驶汽车，也称智能汽车：图片展示1. 临港环湖一路无人驾驶公交车。图片展示2. 国家智能网联汽车（上海）试点示范区落户嘉定。图片展示3. 无人驾驶出租车。 教师介绍：①无人驾驶汽车三大感知系统：环境感知、车身感知、网联感知； ②四大硬件传感器：激光雷达、车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达。 （3）多传感器融合技术。 （4）我们身边的无人驾驶：上海洋山港自动化码头、松江无人驾驶清洁车。 3. 传感技术在手机里的应用 观看视频：智能手机的自动旋转屏幕、自动调节屏幕的亮度、自动熄屏等功能。 展示：手机传感器汇总图 问：结合上图，手机是通过哪些传感器来实现自动旋转屏幕、自动调节屏幕的亮度和自动熄屏等功能的？ （1）自动旋转屏幕：利用加速度传感器实现自动旋转屏幕。 （2）自动调节屏幕亮度：利用光敏传感器实现自动调节屏幕亮度。 （3）自动熄屏：利用距离传感器实现自动熄屏。 【大家谈】 你还用过智能手机里的哪些功能？分别涉及哪些传感器？ ① 导航——位置传感器、磁力仪 ② 赛车游戏——陀螺仪 ③ 指纹开手机——指纹传感器 手机已经逐渐深入并广泛应用到人们的日常生活中，各种传感器的组合，使得手机的智能性越来越强大。随着智能手机不断发展，其中集成的传感器可以实现各种自动化的功能，为我们的未来的美好生活带来更多的便捷和欢乐。 【课堂小结】 本节课我们了解了传感技术在轨道交通领域的应用、传感技术在汽车上的应用和传感技术在手机里的应用。传感器的应用给我们带来巨大的便利以及经济效益与社会效益。 课程基本信息 学科 物理 年级 高三 学期 秋季 课题 传感器的应用（第二课时） 教学目标 1. 通过设计利用传感器制作走道路灯的自动控制装置，使学生体验将非电学量转换电学量、电学量的处理、电学量对路灯的控制过程，进一步认识传感器的工作原理。 2. 通过在简单控制电路的制作过程中，使学生认识逻辑推理的方法。 3. 通过基于集成电路模块的应用解决实际问题，培养学生的信息化素养和能力。 教学重难点 本节课的教学内容主要包括三个部分： 第一部分：通过大家谈，讨论得出制作一个节能型走道路灯自动装置的任务需求和需要用到的传感器。 第二部分：通过对电路工作的逻辑分析，将所需的实验器材连接成符合任务需求的电路原理图，并根据原理图，画出自动控制路灯装置的程序逻辑图，最终通过软件，完成控制程序的编制。 第三部分： 动手制作一个节能型走道路灯的自动控制装置并检验其性能， 教学重点： 1. 设计利用传感器制作走道路灯的自动控制装置。 2. 编制自动控制路灯装置的程序逻辑图。 3. 动手制作一个节能型走道路灯的自动控制装置。 教学难点： 1. 掌握传感技术与智能系统的结合点及其实现方式。 教学过程 【提出任务】 走道路灯的作用是为路人提供照明。请制作一个“节能型走道路灯的自动控制装置”。 【原理设计】 大家谈： 1. 如何理解“节能型走道路灯的自动控制装置”？ 生1：只要满足光线较暗的时候路灯就可以开启。 生2：只有当光线较暗且有人通过时，路灯才会自动开启。 生3：这个走道灯还需要能够自动控制，在有人通过的时候亮灯，人离开以后就熄灭。但也不能一下子就关掉，最好在人离开一小段时间后才关，这样既能保证照明，又可以保证不浪费电能，更加突出是“节能型走道路灯”。 小结：任务的需求由两部分组成——节能和自动控制 2. 为满足“节能”和“自动控制”需要用到哪些传感器？ ① 自然环境亮度的输出——“光敏传感器” ② 是否有人经过——从“声控装置”到“人体红外传感器” ③延时控制装置——“计时器” 教师总结：（1）实验目的：制作一个节能型走道路灯的自动控制装置。（2）具体要求，当光线较暗且有人通过时，路灯自动开启，等路人通过后又自动关闭。（3）用到光敏传感器、人体红外线传感器。（4）制作方案：利用光敏电阻制成光控开关，在光线暗时自动闭合，光线亮时自动断开；利用人体红外线传感器制成人体感应开关，有人经过时自动闭合，一段时间无人经过则自动断开。控制模块根据光敏传感器模块和人体红外传感器模块输出的信号，控制走道灯。 【动手实验】 学生活动1. 把如图所示的器材连接成符合要求的电路原理图。 学生活动2. 绘制自动控制路灯装置的程序运行逻辑图。 教师介绍制作材料：控制模块、下载模块、电源模块、光敏传感器模块、彩灯模块、接口模块、基板、人体红外传感器模块、遮光板、数据线和电脑。 学生活动3. 根据程序运行逻辑图通过拼接程序块进行编程。 视频：利用传感器制作走道灯的自动控制装置的实验过程 【课堂小结】 这节课我们主要学习了如何利用传感器解决生活中碰到的实际问题，通过明确目的、选择相应的传感器，构建逻辑图，编程，最后达成目标，体验了解决实际问题的过程。 学科网（北京）股份有限公司 $