2024-2025学年高中物理 第五章 传感器及其应用 第2节 常用传感器的工作原理教学实录 鲁科版选修3-2

2024-2025学年高中物理第五章传感器及其应用第2节常用传感器的工作原理教学实录鲁科版选修3-2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间设计意图本节课通过讲解常用传感器的工作原理，帮助学生理解传感器在物理实验中的应用，培养学生的科学探究能力和实际操作技能。结合鲁科版选修3-2教材，通过实验演示和课堂讨论，使学生深入掌握传感器的工作原理及其在实际中的应用，为后续课程打下坚实基础。核心素养目标分析培养学生科学探究精神，通过传感器工作原理的学习，提升学生的观察、分析、实验操作能力。强化学生信息获取与处理能力，让学生在实验中学会运用传感器解决实际问题。同时，增强学生的创新意识和实践能力，鼓励学生在日常生活中发现、设计和应用传感器技术。重点难点及解决办法重点：传感器工作原理的理解与应用。

难点：传感器信号处理与转换过程的掌握。

解决办法：

1.通过实物演示和模型分析，帮助学生直观理解传感器的工作原理。

2.设计系列实验，让学生亲自动手操作，加深对传感器信号处理的理解。

3.结合实际问题，引导学生分析传感器在不同场景下的应用，提高解决实际问题的能力。

4.组织小组讨论，鼓励学生分享学习心得，共同突破难点。教学资源-软硬件资源：各类传感器（温度、压力、光敏等）、数据采集器、电脑、投影仪

-课程平台：鲁科版选修3-2物理教材配套资源库

-信息化资源：传感器工作原理动画、实验视频、相关学术论文

-教学手段：实物演示、多媒体教学、小组讨论、实验操作教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。

设计预习问题：围绕“传感器的工作原理”，设计一系列具有启发性和探究性的问题，如“传感器是如何将非电学量转换为电学量的？”、“不同类型的传感器在应用中有何不同？”等。

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解传感器的基本工作原理。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解传感器的工作原理，为课堂学习做好准备。

培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过实际生活中的传感器应用案例，如智能家居中的温湿度传感器，引出“传感器及其应用”课题，激发学生的学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解传感器的工作原理，结合实例分析不同类型传感器的应用特点。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：积极参与小组讨论，通过角色扮演模拟传感器应用场景。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解传感器的工作原理。

实践活动法：设计小组实验，让学生通过实际操作掌握传感器的应用。

作用与目的：

帮助学生深入理解传感器的工作原理，掌握其在实际中的应用。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置设计传感器应用方案的小组作业，要求学生运用所学知识设计一个简单的传感器应用系统。

提供拓展资源：提供传感器设计的相关书籍和在线教程，供学生进一步学习。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的作业，巩固学习效果。

拓展学习：利用老师提供的拓展资源，学习更多传感器知识。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的传感器知识，拓宽学生的知识视野。学生学习效果学生学习效果

在本节课的学习过程中，学生通过自主探索、课堂强化和课后拓展，取得了以下显著的学习效果：

1.理解传感器工作原理：学生能够清晰地理解传感器的工作原理，包括其将非电学量转换为电学量的过程，以及不同类型传感器的特点和应用场景。例如，学生能够解释温度传感器如何通过热敏电阻的变化来测量温度，光敏传感器如何通过光强度的变化来检测光照强度等。

2.掌握传感器应用技能：学生通过实验和实践活动，掌握了传感器的实际应用技能。他们能够设计简单的传感器系统，如温度监测系统、光照强度监测系统等，并能够根据实际需求选择合适的传感器。

3.提高科学探究能力：学生在学习传感器的工作原理和应用过程中，培养了科学探究的能力。他们学会了如何提出问题、设计实验、收集数据和分析结果，这些能力对于未来的科学研究和工程技术学习至关重要。

4.增强问题解决能力：通过解决实际问题，如设计一个能够自动调节室内温度的控制系统，学生提高了问题解决能力。他们学会了如何将理论知识应用于实际情境，并能够考虑多种解决方案。

5.培养团队合作精神：在小组讨论和实验中，学生学会了如何与他人合作，共同完成任务。他们学会了倾听他人的意见，尊重不同的观点，并能够有效地沟通和协调。

6.拓宽知识视野：通过课后拓展学习，学生不仅巩固了课堂上学到的知识，还了解了更多关于传感器技术的最新发展。他们能够认识到传感器技术在现代社会中的广泛应用，如智能家居、智能交通、医疗健康等领域。

7.增强创新意识：在学习传感器应用的过程中，学生被鼓励提出创新的想法。他们设计了具有创意的传感器系统，如利用传感器监测水质、空气质量等，这有助于培养他们的创新思维。

8.提升实验操作技能：通过实际操作传感器和实验设备，学生的实验操作技能得到了显著提升。他们学会了如何正确使用实验器材，如何处理实验数据，以及如何分析实验结果。

9.增强实践能力：学生在设计和实施传感器应用项目的过程中，不仅提高了理论知识的应用能力，还锻炼了实践操作能力。他们学会了如何将理论知识转化为实际成果，这对于未来的职业发展具有重要意义。

10.培养终身学习习惯：通过本节课的学习，学生认识到学习是一个持续的过程。他们学会了如何自主学习，如何利用资源进行学习，并养成了终身学习的习惯。内容逻辑关系①传感器的基本概念与分类

-重点知识点：传感器的定义、功能、分类方法

-重点词句：将非电学量转换为电学量、物理量测量、传感器类型（如温度传感器、压力传感器等）

②传感器的工作原理

-重点知识点：传感器的工作机制、转换原理、信号处理

-重点词句：转换元件、信号放大、线性响应、灵敏度

③常用传感器的工作原理及应用

-重点知识点：不同类型传感器的具体工作原理、应用场景

-重点词句：热敏电阻、光敏电阻、霍尔效应、应变片、应用实例（如温度控制、光线检测等）

④传感器应用系统的设计

-重点知识点：传感器系统的设计原则、组成、调试方法

-重点词句：系统设计、硬件选型、软件编程、系统调试、性能优化

⑤传感器技术的发展趋势

-重点知识点：传感器技术的新进展、未来发展方向

-重点词句：微型化、智能化、集成化、无线化、多功能化教学反思八、教学反思

教学过程中，我深刻反思了以下几点：

首先，课堂互动的深度和广度需要进一步提升。虽然我尝试通过提问和小组讨论来激发学生的思考，但发现有些学生参与度不高，这可能是因为他们对传感器这一概念较为陌生，或者对实验操作感到陌生。因此，在未来的教学中，我会更加注重引导学生深入思考，通过提问技巧和实验设计，鼓励学生积极参与。

其次，我发现学生在理解传感器工作原理时存在一定的困难。有些学生对物理量的转换过程不够理解，尤其是对于那些涉及复杂物理现象的传感器。为了解决这个问题，我计划在今后的教学中加入更多的直观教学手段，比如使用动画或视频来展示传感器的工作过程，同时通过实验演示来加强学生的感性认识。

再次，学生在设计传感器应用系统时，遇到了硬件选型和软件编程的难题。这让我意识到，仅仅讲解理论知识是不够的，还需要教授学生如何将理论知识应用于实践。因此，我打算在课程中增加实际操作环节，让学生在老师的指导下动手实践，通过解决实际问题来提高他们的技能。

此外，我也注意到了一些学生在课堂上表现出缺乏自信的问题。他们在回答问题时显得犹豫不决，甚至在小组讨论中保持沉默。这可能是由于他们对自身能力的怀疑或者对未知领域的恐惧。为了增强学生的自信心，我计划在课堂上创造更多的机会，让学生在安全的氛围中尝试和犯错，同时给予积极的反馈和鼓励。

在教学评价方面，我发现仅仅通过课堂表现和作业成绩来评价学生是不够全面的。学生的实践能力、团队合作精神以及创新思维同样重要。因此，我打算在评价体系中加入更多元化的评估方式，比如实验报告、项目展示和口头报告等，以更全面地评价学生的学习成果。

最后，我意识到自己在课堂管理上的不足。有时候，课堂纪律不够严格，影响了教学秩序和学生的学习效果。在今后的教学中，我会更加注重课堂管理，确保每个学生都能在良好的学习环境中专注学习。典型例题讲解1.例题：某温度传感器的工作原理如图所示，当温度变化时，其电阻值随之变化。已知传感器在0℃时的电阻为100Ω，在100℃时的电阻为200Ω。若将此传感器接入电路中，要求电路中的电流在0℃时为1mA，求电路中的电阻R。

解答：根据欧姆定律，电路中的电流I与电压U和电阻R的关系为I=U/R。当温度为0℃时，电阻R1=100Ω，电流I1=1mA，因此电压U1=I1*R1=0.1V。

当温度为100℃时，电阻R2=200Ω，电流I2=I1=1mA，因此电压U2=I2*R2=0.2V。

由于电路中的电压不变，所以U1+U=U2+U，即0.1V+U=0.2V+U，解得U=0.1V。

因此，电路中的电阻R=U/I1=0.1V/1mA=100Ω。

2.例题：一压力传感器由弹性元件和电阻应变片组成，当压力变化时，弹性元件的形变导致电阻应变片的电阻值发生变化。已知压力传感器在无压力时的电阻为100Ω，当施加10kPa的压力时，电阻变为200Ω。若将此传感器接入电路中，要求电路中的电流在无压力时为10mA，求电路中的电阻R。

解答：与例题1类似，根据欧姆定律，电路中的电流I与电压U和电阻R的关系为I=U/R。当无压力时，电阻R1=100Ω，电流I1=10mA，因此电压U1=I1*R1=1V。

当施加10kPa的压力时，电阻R2=200Ω，电流I2=I1=10mA，因此电压U2=I2*R2=2V。

由于电路中的电压不变，所以U1+U=U2+U，即1V+U=2V+U，解得U=1V。

因此，电路中的电阻R=U/I1=1V/10mA=100Ω。

3.例题：一光敏电阻在光照强度为100lx时的电阻为10kΩ，在光照强度为1000lx时的电阻为1kΩ。若将此光敏电阻接入电路中，要求在光照强度为500lx时电路中的电流为5mA，求电路中的电阻R。

解答：根据欧姆定律，电路中的电流I与电压U和电阻R的关系为I=U/R。当光照强度为100lx时，电阻R1=10kΩ，电流I1=5mA，因此电压U1=I1*R1=50V。

当光照强度为1000lx时，电阻R2=1kΩ，电流I2=5mA，因此电压U2=I2*R2=5V。

由于电路中的电压不变，所以U1+U=U2+U，即50V+U=5V+U，解得U=-45V。

这里出现了负电压，说明在光照强度为500lx时，光敏电阻的电阻值应该介于10kΩ和1kΩ之间。我们可以通过插值法来估算光照强度为500lx时的电阻值。

设光照强度为500lx时的电阻为R3，则有：

U1+(U1-U3)/(R1-R3)=U2+(U2-U3)/(R2-R3)

50V+(50V-U3)/(10kΩ-R3)=5V+(5V-U3)/(1kΩ-R3)

解得R3≈2.5kΩ。

因此，电路中的电阻R=U/I1=50V/5mA=10kΩ。

4.例题：一霍尔传感器在磁场强度为0.5T时的输出电压为5V，在磁场强度为1T时的输出电压为10V。若将此霍尔传感器接入电路中，要求在磁场强度为0.75T时电路中的电流为2mA，求电路中的电阻R。

解答：与例题3类似，根据欧姆定律，电路中的电流I与电压U和电阻R的关系为I=U/R。当磁场强度为0.5T时，输出电压U1=5V，电流I1=2mA，因此电阻R1=U1/I1=2.5kΩ。

当磁场强度为1T时，输出电压U2=10V，电流I2=2mA，因此电阻R2=U2/I2=5kΩ。

由于电路中的电压不变，所以U1+(U2-U)/(R2-R)=U2+(U2-U)/(R2-R)，即5V+(10V-U)/(5kΩ-R)=10V+(10V-U)/(5kΩ-R)。

解得R≈3.75kΩ。

因此，电路中的电阻R=U/I1=5V/2mA=2.5kΩ。

5.例题：一应变片传感器在受到10kPa的压力时，其电阻值增加了10%。若将此应变片传感器接入电路中，要求在压力变化时电路中的电流变化不超过5%，求电路中的电阻R。

解答：当应变片传感器受到10kPa的压力时，其电阻值增加了10%，即电阻增加了10%*R。设原始电阻为R0，则增加后的电阻为R0+0.1R0=1.1R0。

根据欧姆定律，电路中的电流I与电压U和电阻R的关系为I=U/R。当压力变化时，电流