高中物理-传感器及其工作原理教学设计学情分析教材分析课后反思

《传感器及其工作原理》教学设计

【设计说明】

从上世纪八十年代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十分

重要的地位。新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要求。本课的设计思路是通

过对实验的观察、思考和探究，了解什么是传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量

的，传感器在生产、生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一铺

垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器的巨大作用，进而提高学

生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神。

【教学目标】

1.知识与技能：

(1)知道什么是传感器。

(2)了解干簧管、光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻的特性及其工佐原理。

2.过程方法：

通过实验，知道常见传感器的工作原理和特性。

3.情感态度与价值观：

通过实验激发学习的求知欲，通过采集实验数据，用Excel描绘“电阻一温度”曲线，

让学生养成实事求是的科学精神。

【设计思路】

1.关于课题的引入，利用“人进出电梯门”和“人进出商场的自动门”这两个

生活实例，让学生得出“自动控制”的感性认识，然后启发学生列举相类似的

生活现象，体现物理知识源于生活，服务于生活的基本观点。

2.关于传感器概念的建立：教材中只用了一个干簧管实验就得出了传感器的概念，在教学

中要增加几个实验，从多个实验事实中建立出传感器的概念，这样建立物埋概念才比较科学,

同时也能培养学生科学概括的能力。

3.关于各传感器特性及原理的教学：通过设计实验，从定性和半定量的角度让学生获得比

较清晰的认识，特别是金属热电阻和热敏电阻的“电阻一温度”曲线，课本中没有安排实验，

但在教学中我们是完全可以通过实验得到的，所以本设计中就设计了一个探究实验，这样,

课本中的“电阻一温度”曲线的得出就有依有据，更重要的是培养了学生的科学探究能力。

4.关于本节内容要培养学生的能力主要有：理论联系实际的能力、观察分析能力、自主合

作探究的学习能力。由于本节内容与人们的生活息息相关，要引导学生查阅资料或上网收集

关于传感器的知识。

【教学资源】

1.教材：人教版物理选修3-2

实验器材：干簧管、光敏电阻、热敏电阻(负温度系数)、金属热电阻(取日光灯灯头处的

鸽丝），万用表、磁铁、电源、小灯泡、导线、温度计、烧杯、铁架台、酒精灯等。

2.课件：包含各视频或图片资源。

【教学设计】

教师活动学生活动点评

【导入新课】1.观看并比较两个录像片从学生熟

1.播放“人进出电梯门”和“人进出商场自动门”录像.段,从中找出它们的共同悉的生活

2.设问:这两个生活现象的共同点是什么？点.学生先个人独立思考，实例导入

总结:这两个现象告诉我们，人不必直接接触就可以实现然后小组交流.新课，容

自动控制.2.学生积极思考,要求每易激发学

3.设问:你能列举出生活中与此相类似的现象吗？位学生至少能在生活中生学习兴

总结:遥控电视、光（声）控灯、各种报警器、电饭煲……列举出两个'自动控制”的趣，引起

4设.疑:想知道自动控制的道理吗?让我们来共同学习传实例,并回答交流.求知欲

感器的知识.望。学生

【引入课题】列举类似

实例，nJ

以让学生

知道物理

传感器及其工作原理

就在我们

身边。

【新课教学】1.学生观察教师出示的通过实物

1.传感器概念的建立传感器实物或图片，认识或图片，

（1）教师展示几个传感器的实物或图片：其外形和结构。以增强学

色除竹蜴H各聆m度仪弘嘉生的感性

认识。

-

4=h■

/■W\

IH613冬肿传出器

黑

■6.1--»光嫉电削

⑵教师演示三个实验，由此建立传感器的概念。把电路设

实验一:干簧管实验计在暗盒

2.让学生拆开盒子，找里，更能

如816.LI.小盒子A的倒西客出一个小灯汜.盒，卜没方开/3-0

关.俚是“段8放外盒子上£.灯泡或，会发光.把发快"个/乙出特殊元件一一干簧管。激发学生

<.灯泡建天.1°\）的好奇

盒子工有什么样的K工.才能出现这椁妁现今？M6I-I*于里

杳什么心，引起

实验二:光敏电阻实验学习的兴

趣。

c3.学生思考两个问题：

就一只先做电阻，修到3用电A的两端.电A1L于倍率为100的欧姆，»（86.1-5）.

①万用电表的欧姆挡的

在室内白族光的曳射F.电阻值的有卜大？用于4r速光”电阻伍又是多少？用国光

射无？刻度盘最左和最右端是从这三个

a用一只4■通的也1*.小心电杷电忸器AdBG勺漆A除去一些.使火面的导电膜什么刻度？②用简洁的实验中让

重出来按受光期.支倒c上述实验.tl日相同吗？

物理语言描述你所观察学生归纳

）到的实验现象。总结得出

以

1这些元件

崂

的特性，

有助于学

^23生建立传

♦

感器的概

中光”电R1在。利1中.电片值很大乙«tUWT.电肌值AH

.:.S6.I5观•尤•电RI的朴性念，在大

量实验事

实中建立

物理概

念，学生

4.学生观察并思考，该就不觉得

实验三:热力改电阻（负温度系数）热敏电阻实验实验的现象是什么？概念抽

改变烧杯中水的温度,观察欧姆表指针的偏转情况0象，同时

遵循了物

温蚓］—7电阻表

理概念建

］

立的一般

原则。（即

a阻

概念是存

在于一定

设问:上面一三个实验中，每个实验现象是什么然W些元件5.学生对照三个演示实的物理背

的有什么用F性？验，分别说出每个实验的景中的）

总结：现象，教师逐一板书（如

干簧］空

左边所示），同时组织学

磁场A电路通断生将这三个实验对比起

来，最终归纳并抽象出这

_

肥敏年"且些元件的本质特性。

光照.电阻变化

热敏E包阻

温度

A电阻变化

](

培养学生

非电电学物理读书的习

布S感器

学物量或电路惯，看课

4

理量的通断本的过程

实际上就

是培养学

指出：上面这些元件就是传感器元件。6.引导学生阅读课本，生收集信

设问:怎样的元件叫做传感器？并回答传感器是怎样的息、分析

总结:现代技术中，传感器是指这样的一类元件:它能够感元件。信息和处

受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学物理量，理信息的

并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学物过程。

理量，或转换为电路的通断。

设问：将非电学物理量转换为电学物理量有什么技术意

义呢？

总结：可以很方便地测量、传输、处理和控制。

2.常见传感器及其工作原理（一）

（1）干簧管7.学生结合演示实验一

投影：的现象，同时结合图片和

|Ajl实物相互讨论分析干簧

三管的工作原理。

FR*以“问题

设问：串”的形

①仔细观察干簧管，它是怎样的结构？式培养学

②为什么干簧管在电路中能起到开关的作用？生科学的

③干簧管实际上是一种能感知什么量的传感器？思维方

总结：法。给予

传感器的结构是在玻璃管内封入的两个软磁性材料制学生探究

成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接问题的思

通，所以干簧管能起到开关的作用。干簧管实际上是一路。

种能感知磁场的传感器。

（2）光敏电阻8.学生结合演示实验二

投影：的现象，同时结合图片和

一■实物相互讨论分析光敏

1电阻的特性。

用课件动

设问：9.引导学生观察课件，画的形

①仔细观察光敏电阻，结合课本相关内容，请说出光敏搞清金属和半导体的导式，把难

电阻是怎样制成的？电机理。建立载流子的概以展示给

②阅读课本“科学漫步”，请你分析半导体导电的机理念学生的物

是什么？（教师同时播放“金属和半导体导电机理”课理模型形

件，配合学生理解）象化，便

③光敏电阻在被光照射时电阻为什么会发生变化？（教于学生理

师配合实验提问）解。

④光敏电阻是将哪个非电学量转化为哪个电学量的元

件？

总结：

把硫化镉等一些半导体材料涂敷在绝缘板上，在其表

面上再用银浆涂敷两个互不相连的栅状电极，这样就制

成了一个光敏电阻。实验说明，光敏电阻在暗环境中电

阻很大，在强光照射下电阻很小。发生这样变化的原因

在于，半导体在不同的光照下的载流子数目不同，从而

使其导电性能发生变化，或者说其电阻发生了变化。光

敏电阻能够将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电

学量。

（3）热敏电阻和金属热电阻

教师出示：热敏电阻（负温度系数）和金属热电阻（取

日光灯两端的鸨丝），同时说明前者材料是半导体后者

是金属。

设问：当温度发生变化时，这两种电阻的导电性能（或

电阻）将会发生怎样的变化呢？

10.学生观察并记录不同让几个同

•实验探究：”电阻一一温度”特性图线温度下的两个欧姆表的学配合实

实验装置：读数，并记录在表格中。验，目的

（实验时将两个多用电是培养学

表放在实物投影仪上，学生合作的

生看屏幕上多用电表指能力。让

针所指的刻度）全班同学

同时请三位同学到讲台一起读投

前，让一个同学观察温度影上的表

计的示数，让另外两个同的读数，

学各读一个表的读数，并目的是让

且与全班同学统一好各学生有一

温度下的表的读数）。个实事求

是的科学

态度。

•操作要求：注意欧姆表倍率的选择，建议热敏电阻11.请一位同学将实验数将课本上

选“XK”，金属热电阻选“X10”。据输入到Excel的表格中,给出的图

•数据记录：并插入图表，显示出R-T6.1-7“电

温度图象。阻——温

热敏电阻度”特性

金属热电阻图线，通

过自己设

12.组织学生相互讨论图计实验来

象给我们的信息，并能用得到，目

简洁的语言表达出来。的是培养

学生科学

探究的能

数据处理：力。

用Excel处理表格中的数据，绘出电阻一一温度特性图

线：

R

i1

用图象反

映物理规

律具有形

-1象直观的

•图象分析：优点。

①当温度升高时，这两种电阻将发生怎样的变化？

②如果变化相同的温度，你会发现这两种电阻哪个将

明显的变化？

总结：

实验现象表明，但温度升高时，金属热电阻的电阻变

大，热敏电阻的电阻变小（需要向学生说明的是，有些

热敏电阻的电阻随温度的变化还是存在比较复杂的关

系）。并且，热敏电阻的电阻随温度的变化是非常明显

的。根据这样的特性，如果用这两种元件做温度传感器，

热敏电阻具有较好的灵敏度，但其测温范围小，稳定性

较差。

设问：热敏电阻是将怎样的非电学物理量转换为电学物

理量的？

总结：热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转

换为电阻这个电学量。

【新课小结】

本节课主要介绍了丁簧管、光敏电阻、热敏电阻（负温

度系数）和金属热电阻的原理及其特性，这类元件或者

将非电学物理量转换为电学物理量，或者实现对电路的

通断作用，在生产生活中是有着广泛的实际技术意义

的。

设计题目

时布置一

【目标评价】些要求学

组织学生讨论课件上设计的题目生上网查

阅相关资

料的内

容。

【板书设计】

传感器及其工作原理

一、传感器概念

是指将非电学物理量转换为电学物理量或实现电

路通断的元件。

二、常见传感器元件的工作原理或特性（一）

1.干簧管：感知磁场的元件，实现电路的通断。

2.光敏电阻：将光学量转换为电学量的元件。

3.热敏电阻和金属热电阻：将热学量转换为电学量的

元件。

【教后反思】：

学生对传感器的知识比较陌生，在教学的过程中通过实物、图片、课件、动画等途径多

方位增加学生的感性认识。提高学生学习兴趣，增加学生求知欲。

在用Excel处理实验数据描绘R-T图线时，由于测量金属热电阻和热敏电阻时所选用

欧姆表的倍率不相同，在同一图象中描绘两个电阻的R-T图线，如果将数据统一成同一倍率,

结果发现有一条线难以显示出来，其原因是实验中所用的金属热电阻的电阻相对于热敏电阻

小，并且实验中金属热电阻随温度的变化没有热敏电阻明显。但不统一成同一倍率，就用所

读的数据，输入Excel中处理时，就能明显得到与课本图6.1-7的图象，这相当于将其中一

图线进行了平移，这并不影响问题的处理。

在探究“电阻-温度”特性图线的实验中，由于水导电，使得实验存在着误差，如换成不

导电的液体（如油）可能要好一点。

学情分析

学生在初中阶段基本上没有接触到传感器的概念，传感器的一些

知识他们也了解不多，甚至不知道这个物理量，但是从上世纪八十年

代起，国际上出现了“传感器热”，传感器在当今科技发展中有着十

分重要的地位。新课程标准紧扣时代脉搏，对传感器教学提出明确要

求。本课的设计思路是通过对实验的观察、思考和探究，了解什么是

传感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的，传感器在生产、

生活中有哪些具体应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置作一

铺垫。教学时力避深奥的理论，侧重于联系实际，让学生感受传感器

的巨大作用，进而提高学生的学习兴趣，培养学生热爱科学的情感和

崇尚科学的精神。

效果分析

《传感器》一章是新人教教材有别于旧人教教材的最具代表性的

新增内容。无论是对教师的教还是学生的学都具有挑战性。一方面,

传感器的应用在世界范围内已经普及，其原理的探究基本成熟，而另

一方面，从教学的层面上看，很多具体的传感器原理虽然在旧教材的

教学中零星的出现，但苦于分析得都比较浅显，很少有能直接借鉴的

教学参考。如何开展传感器的教学？我首先想到了学生本身。传感器

的应用，学生似乎比老师更有发言权。一来，很多学生家里经济条件

比较好，家中的电器产品多，传感器的应用实例随处可见，发动学生

来发现身边的传感器，应该比老师闭门造车地到处找资料要好的多;

二来，开发传感器，需要有丰富的创造力，在这个方面，学生的思维

要比老师发散的多；第三，也只有通过学生的自主学习，传感器的知

识才不会死搬硬灌的教给学生，才能真正体现新课程的理念。

教材分析

本节课是高中物理选修3.2第六章第一节，重点研究的是传感器。

本节课的设计思路是：通过实验的观察、思考、探究，了解什么是传

感器，传感器是如何将非电学量转换成电学量的。传感器在生产、生

活中有哪些具体的应用，为学生利用传感器制作简单的自控装置做一

点铺垫、需要学生理解其确切含义并能在实际问题的分析、判断、综

合等过程中加以应用。对学生学习物理、解决生活中的实际问题有着

重要的作用。教学时应该侧重于联系实际，这对提高学生的学习兴趣,

培养学生热爱科学的情感和崇尚科学的精神有着重要的作用。

观评记录

1、能以事例贯穿课堂教学，引发学生思维、讨论，促进师生互动，

活跃课堂气氛。

2、能利用多媒体辅助教学，使学生融入当时的情境，为学习知识

做了很好的铺垫，但注意不能用多媒体字幕代替板书。

3、教学思路清晰，教学实施恰当，教学效果较好。

4、要注意大部分同学的听课状态，深入到学生当中，激发大部分

同学参与课堂教学之中。

5、拓展教学较好。

§6.1传感器及其工作原理

【自主学习】

一、传感器：

传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等

量，并能把佗们按照一定的规律转换为电压、电流等________量，或转换为电路的通断。

把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

传感器一般由敏感元件和输出部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换信号，

通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。

常见的传感器有：、、、、力传感器、气

敏传感器、超声波传感器、磁敏传感器等。

二、常见传感器元件：

1、光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；

随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻能够把

这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。

2、金属热电阻和热敏电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而,用金属丝

可以制作传感器，称为。它能用把这个热学量转换为

这个电学量。

热敏电阻的电阻率则可以随温度的升高而或o

与热敏电阻相比，金属热电阻的好，测温范围,但较差。

3、电容式位移传感器能够把物体的这个力学量转换为这个电学量。

4、霍尔元件能够把这个磁学量转换为电压这个电学量

【典型例题】

例1、如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与一热敏

电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向

（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向（填

“左”或“右”）移动。

欧姆表

例2、传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。

当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵

敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（）

固定电极

A.当F向上压膜片电极时，电容将减小

B.当F向上压膜片电极时，电容将增大

C.若电流计有示数，则压力F发生变化

膜片电极

D.若电流计有示数，则压力F不发生变化

例3、如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d,高为b,有一磁感应

强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n,试问金属块上、

下表面哪面电势高？电势差是多少？（此题描述的是著名的霍尔效应现象）

【针对训练】

1、简单的说，光敏电阻就是一个简单的传感器，热敏电阻就是一个简单的

__________传感器。

2、为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电蹲的相接。当楼道内有

走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为传感器，它输入的是

信号，经传感器转换后，输出的是信号。

3、如图.所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放

在导电液体中，导线芯和导电液枸成电容品的两极，把这两极接入外电

路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（）

A、h增大B、h减小

C、h不变D、无法确定

4、如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻，L为小灯泡，当温度降“低时（）

A、R1两端的电压增大

8、电流表的示数增大

C、小灯泡的亮度变强

D、小灯泡的亮度变弱.

5、如图所示，为一种测定角度的传感器，当彼此绝缘的金属板构成的动片与定片之间的角

度6发生变化时，试分析传感器是如何将它的这种变化转化为电学量的。

【能力训练】

1、关于光敏电阻，下列说法正确的是（）

A、光敏电阻能.够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

B,硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好

C、硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较少，导电性能良好

D、半导体材料的硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好

2、霍尔元件能转换哪两个量（）

A、把温度这个热学量转换为电阻这个电学量

B、把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

C、把.力转换为电压这个电学量.

D、把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

3、如图所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量

的变化，造成其电容的变化（）极板

A、电介质进入极板的长度B、两极板间距.电介质

1极板

C、两极板正对面积D、极板所带电量'------------------

4、如图所示，RI、R2为定值电阻，L是小灯泡，R3为光敏,电阻，当照射光强度增

大时，（）R1

A、电压表的示数增大B、R2中电流减小.

C、小灯泡的功率增大D、电路的路端电压增大

5、如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用

光照射电阻R3时，则）

A、R3的电阻变小，a点电势高于b点电势

B、R3的电阻变小，a点电势低于b点电势

C、R3的电阻变小，a点电.势等于b点电势

D、R3的电阻变大，a点电势低于b点电势

6、有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小