8.3跨学科实践_传感技术--2025-2026学年2024教科版物理九年级全册教学同步课件 35页ppt

(共35张PPT)
8.3跨学科实践_传感技术
第八章 电磁相互作用及应用
教科2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
跨学科实践_传感技术教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够清晰阐述传感技术的基本概念，熟悉常见传感器（如温度传感器、压力传感器、光传感器等）的工作原理，准确区分不同类型传感器的功能与应用场景。
掌握传感器将非电学量转化为电学量的基本过程，学会分析简单传感电路的工作原理，能够运用物理、化学、电子技术等多学科知识解释传感器的工作机制。
通过实践操作，学会使用常见传感器进行数据采集与简单的实验探究，能够根据实际需求设计并搭建简易传感应用装置，具备一定的动手实践能力和技术应用能力。
（二）过程与方法目标
通过跨学科知识的整合与应用，培养学生综合运用物理、化学、数学、信息技术等多学科知识分析和解决实际问题的能力，提高学生的问题解决能力和创新思维能力。
在实践探究活动中，引导学生经历提出问题、设计方案、动手操作、收集数据、分析处理数据、得出结论的科学探究全过程，培养学生的科学探究能力和实践操作能力。
通过小组合作学习，锻炼学生的团队协作能力和沟通交流能力，使学生学会在团队中发挥各自优势，共同完成实践任务，提高团队合作效率。
（三）情感态度与价值观目标
激发学生对传感技术的探究兴趣，让学生感受跨学科知识在科技发展中的重要作用，增强学生学习科学知识的积极性和主动性，培养学生对科学技术的热爱之情。
在实践过程中，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学精神，使学生养成认真观察、仔细记录、规范操作、积极思考的良好习惯。
通过了解传感技术在生活、工业、环境监测、医疗等领域的广泛应用，引导学生关注科技与社会的联系，增强学生的社会责任感和创新意识，激发学生运用科学技术改善生活、推动社会进步的使命感。
二、教学重难点
（一）教学重点
传感技术的基本概念、常见传感器的工作原理及应用。
传感器将非电学量转化为电学量的原理和方法，以及简单传感电路的分析与设计。
开展跨学科实践活动，利用常见传感器进行数据采集、实验探究和简易应用装置的设计与搭建。
（二）教学难点
深入理解传感器工作原理中涉及的多学科知识融合，如物理中的电磁学、光学原理，化学中的物质特性与反应原理等在传感器中的综合应用。
设计具有创新性和可行性的跨学科实践方案，解决实践过程中出现的复杂问题，如传感器的选型、电路参数的优化、数据处理与分析等。
培养学生运用传感技术知识进行创新应用的能力，引导学生从实际需求出发，提出具有创意的传感技术应用设想并尝试实现。
三、教学方法
讲授法：系统讲解传感技术的基本概念、原理和常见传感器的工作机制，帮助学生构建基础知识框架。
讨论法：组织学生分组讨论跨学科问题，如不同传感器在智能家居中的应用、传感器技术发展面临的挑战等，促进学生之间的思想交流和知识碰撞。
实践探究法：安排学生进行实践操作，如使用温度传感器测量环境温度变化、设计光控开关等，让学生在实践中深化对知识的理解和应用。
多媒体演示法：利用图片、视频、动画、仿真软件等多媒体资源，直观展示传感器的内部结构、工作过程和实际应用案例，增强教学的直观性和趣味性，帮助学生理解抽象知识。
案例分析法：引入实际生活、工业生产、科学研究中的传感技术应用案例，引导学生运用所学知识进行分析和评价，提高学生的知识应用能力和实际问题解决能力。
四、教学过程
（一）情境导入（5 分钟）
视频展示：播放一段包含丰富传感技术应用场景的视频，如智能家居系统中自动调节亮度的灯光、根据人体感应自动开关的门；工业生产线上实时监测产品质量的传感器；医院里监测病人生命体征的设备等。
问题引导：视频结束后，教师提问：“在视频中，这些神奇的设备是如何感知外界信息并做出相应反应的？它们背后隐藏着怎样的秘密技术？” 引发学生的好奇心和求知欲，从而导入本节课的主题 —— 跨学科实践之传感技术（板书课题：跨学科实践_传感技术）。
（二）知识讲解（20 分钟）
1. 传感技术概述（10 分钟）
概念讲解：教师讲解传感技术的定义，强调传感技术是实现自动检测和自动控制的首要环节，它能够将各种非电学量（如温度、压力、光照、位移等）转化为电学量，以便进行测量、传输、处理和显示。
发展历程介绍：通过时间轴的形式，简要介绍传感技术的发展历程，从早期简单的机械式传感器到现代高精度、智能化的传感器，让学生了解传感技术的发展趋势和重要性。
跨学科特点阐述：引导学生分析传感技术涉及的学科领域，如物理学中的电磁感应、光电效应为传感器提供原理基础；化学中的物质特性用于气体、液体传感器的研发；数学知识在数据处理和算法优化中的应用；信息技术在传感器数据传输和智能控制中的作用等，让学生认识到传感技术是多学科交叉融合的产物。
2. 常见传感器及其工作原理（10 分钟）
分类讲解：教师介绍常见传感器的分类方式，如按被测物理量分类（温度传感器、压力传感器、光传感器等）、按工作原理分类（电阻式、电容式、电感式、光电式等），并展示各类传感器的实物图片或模型。
原理分析：选取几种典型传感器，详细讲解其工作原理。
温度传感器：以热敏电阻为例，讲解其电阻值随温度变化的特性，以及如何通过测量电阻值的变化来反映温度的变化，结合简单电路示意图，说明将电阻变化转化为电压或电流变化的过程。
压力传感器：介绍应变片式压力传感器的工作原理，当压力作用在弹性元件上时，弹性元件发生形变，粘贴在其上的应变片电阻值发生变化，通过测量电阻变化实现对压力的测量，同时展示压力传感器在汽车胎压监测、电子秤等设备中的应用实例。
光传感器：讲解光敏电阻、光电二极管等光传感器的工作原理，如光敏电阻的阻值随光照强度变化而变化，光电二极管在光照下产生光电流等，结合自动路灯、光控报警器等案例，说明光传感器的实际应用。
（三）跨学科实践探究（30 分钟）
实践任务布置：教师提出实践任务，如 “设计并制作一个简易的光控小夜灯” 或 “利用温度传感器和单片机制作一个温度监测报警装置” 。将学生分成小组，每组 4 - 5 人，明确小组成员的分工，如组长负责组织协调，材料员负责领取和管理实验材料，操作员负责电路连接和装置组装，记录员负责记录实验数据和过程，汇报员负责成果展示和讲解。
方案设计讨论：各小组根据实践任务，结合所学的物理、电子技术、信息技术等知识，讨论并设计实验方案。例如，在设计光控小夜灯时，需要考虑选择合适的光传感器（如光敏电阻）、确定控制电路（如使用三极管作为开关元件）、选择电源等；在制作温度监测报警装置时，要思考温度传感器的选型、单片机的编程、报警方式的选择（如蜂鸣器报警、LED 灯闪烁报警）等。教师巡视各小组，参与讨论并给予适当的指导和建议，帮助学生完善实验方案。
实践操作与数据收集：学生按照实验方案进行实践操作，进行电路连接、程序编写、装置组装等工作。在操作过程中，教师提醒学生注意安全，规范使用实验器材，如正确连接电源正负极、避免短路等。学生在实践过程中，记录相关数据，如光控小夜灯中不同光照强度下电路的通断情况，温度监测报警装置中不同温度对应的传感器输出信号等。
数据分析与成果展示：实验结束后，各小组对收集的数据进行分析处理，检查装置是否达到预期功能。若存在问题，小组共同讨论分析原因并进行改进。然后，各小组派代表进行成果展示，介绍实验方案的设计思路、实践过程、遇到的问题及解决方法，展示装置的实际运行效果。其他小组进行提问和评价，教师进行总结和点评，肯定学生的优点和创新之处，指出存在的不足并提出改进建议。
（四）拓展延伸（10 分钟）
前沿技术介绍：教师通过多媒体展示传感技术的前沿发展成果，如可穿戴式生物传感器在医疗健康领域的应用（实时监测人体心率、血压、血糖等生命体征）、物联网中的传感器网络（实现万物互联和智能监测）、智能机器人中的传感器（用于环境感知和动作控制）等，拓宽学生的视野，激发学生对未来科技的向往。
创新应用讨论：组织学生进行小组讨论，让学生思考在日常生活、社会发展中还有哪些方面可以应用传感技术，提出具有创新性的应用设想，如利用传感器实现城市交通智能管理、农业环境实时监测与自动调控等。各小组派代表分享讨论结果，教师进行鼓励和引导，培养学生的创新思维和应用能力。
（五）课堂小结（5 分钟）
知识回顾：与学生一起回顾本节课的主要内容，包括传感技术的概念、常见传感器的工作原理、跨学科实践探究的过程和成果等，强化学生对重点知识的记忆。
方法总结：总结跨学科实践活动中运用的科学探究方法、多学科知识整合的思路和方法，以及实践操作中的技巧和经验，帮助学生掌握跨学科学习和实践的策略。
情感升华：强调传感技术在现代社会发展中的重要地位和作用，鼓励学生在今后的学习和生活中，关注科技发展动态，积极探索跨学科知识，勇于尝试创新实践，为未来科技进步贡献自己的力量。
（六）作业布置（5 分钟）
书面作业：布置一些与传感技术相关的跨学科作业题，如让学生运用物理知识分析某种传感器的工作原理，运用数学知识对传感器采集的数据进行处理和分析，运用信息技术知识设计简单的传感器数据处理程序等，加深学生对知识的理解和应用。
实践作业：让学生利用课余时间，观察生活中的一个实际问题（如家庭用水浪费监测、室内空气质量监测等），尝试运用传感技术设计一个解决方案，下节课进行分享和交流。
五、教学反思
在本节课的教学过程中，密切关注学生在跨学科知识学习和实践探究中的表现，通过课堂讨论、实践操作、作业完成等情况及时了解学生的学习效果。对于学生在传感器原理理解、跨学科知识应用、实践操作技能等方面存在的困难，深入分析原因，调整教学方法和策略。例如，针对传感器原理抽象难懂的问题，增加更多的实物演示、动画模拟和类比讲解；对于跨学科知识整合不熟练的情况，设计更多的综合性案例分析和实践任务进行强化训练。同时，根据学生的反馈和教学效果评估教学目标的达成度，总结教学经验，为今后的跨学科教学改进提供依据，不断提高教学质量和学生的跨学科素养。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
1.了解通电导线在磁场中会受到力的作用；
2.认识通电导线在磁场中受力的方向与电流方向和磁场
方向有关；
3.了解直流电动机的构造和工作原理及其能量转化。
4．知道换向器在直流电动机中的作用。
车床
水泵
电风扇
电力机车
洗衣机内部
电动机通电后为什么能够转动呢？
　　通电导线是不是也会受到磁场的作用力呢？
S
N
I
+
_
磁体周围存在什么？
通电直导体周围存在什么？
磁场
磁场
磁体间通过磁场相互作用
金属导轨
直导体
+
-
① 闭合开关，观察铝制直导体运动。
② 改变电流方向或改变磁场方向。
演示实验
一、磁场对通电导线的作用
　　磁场方向不变，改变电流方向，磁场中导体运动方向也发生了改变。
　　闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动。
　　电流方向不变，改变磁场方向，磁场中导体运动方向发生了改变。
N
I
F
甲
S
I
乙
F
N
S
I
F
丙
N
S
实验现象
　　1．通电导线在磁场中要受到力的作用。
　　2．通电直导线在磁场中受到力的方向与电流的
方向、磁场的方向有关。
　　实验中的直导线运动一段距离就会离开磁场，很难持续地运动。那么线圈可以持续地转动吗？
问　题
　　通电线圈可以在磁场里转动过一定角度，但不能持续转动。
　　为什么线圈不能持续转动呢
演示实验
　　通电线圈在磁场中两边受力，但方向相反，发生顺时针转动。
　　当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动。
　　线圈靠惯性越过平衡位置后，磁场力作用的结果使线圈逆时针旋转。
　　通电线圈最后静止在平衡位置。
　　如果在线圈越过平衡位置后停止对线圈供电，由于惯性，线圈继续转动。转动半周后再继续供电，线圈不就可以持续转下去了吗？
动手做
　　学做小小电动机。
动手做
1．电动机由两部分组成：
　　能够转动的线圈，也叫转子。
　　固定不动的磁体，也叫定子。
　　如果在线圈转动的后半周，不是停止给线圈供电，而是设法改变后半周的电流方向，使线圈在后半周也获得动力，线圈不就能转得更平稳了吗？
想一想
二、电动机
2．换向器
　　通过换向器可以使线圈中电流每半周改变一次。
两个
铜半环
电刷
换向器
3．电动机的工作原理
4．实际电动机
在纸片上粘一个线圈，线圈的两端用导线引出，
接在示波器上，线圈置于磁铁的磁极附近。
示波器：能测出微小电流，并把电流的强弱用波形显示出来。
三、声信息与电信息
演示实验
在纸片上粘一个线圈，线圈的两端用导线引出，
接在示波器上，线圈置于磁铁的磁极附近。
对着线圈说话，示波器上出现
_______________________。
与声音变化相对应的图形
演示实验
实验现象
电磁感应
切割磁感线振动
相应的感应电流
声波
纸片及线圈
发生相应振动
话筒的原理
实验分析
在纸片上撒少许碎纸屑，将线圈的两根引线与电池的两极瞬间接触，会发生什么现象？
引线与电池瞬间接触，
碎纸屑发生跳动。
演示实验
实验现象
在引线与电池接触的瞬间，电路中有电流通过，线圈在磁场力的作用下运动；
引线与电池断开，电路中没有电流，线圈不受磁场力的作用，回到原来位置。
声音是由物体振动产生的。
实验分析
扬声器
如果通过线圈的电流是由声音转化而来的电流（随声音发生相应变化），这个装置就会把声音还原。
话筒
作用：声信息→电信息
原理：__________
电磁感应
听筒
作用：电信息→声信息
原理：_______________
_______________
磁场对通电导体有力的作用
二、传感器
电信息
传感器
光信息
热信息
力信息
……
声信息
你能想出一些事例吗？
红外线测温仪
电子秤
电子温湿度计
知识点1 话筒与扬声器
1. 如图所示为动圈式话筒的构造示意图，话筒
由线圈、永久磁体、膜片等组成。当人对着话筒说话时，声
波引起膜片振动，磁场中的线圈跟随着膜片一起运动。下列
说法正确的是 ( )
A
（第1题）
A. 话筒是依据电磁感应现象制成的
B. 线圈中的电流方向一定是不变的
C. 话筒的工作原理与电动机的工作原理相同
D. 话筒在使用过程中，将电能转化为机械能
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2. 电吉他的发声是通过电磁拾音装置连接扬声器而实现的。
拾音装置的基本结构如图所示，拨动金属弦相当于线圈在切
割磁感线产生感应电流，则( )
D
（第2题）
A. 磁体的磁场不能使吉他金属弦被磁化
B. 拨动金属弦就一定切割了磁感线
C. 拨动金属弦的方向不同，线圈产生的感应电
流方向不变
D. 增加线圈匝数可以让用相同的力拨动金属
弦产生的感应电流增大
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3. 如图所示，在扬声器的线圈两端连接干电池，
扬声器______持续发声，线圈____持续受到磁场的作用力。
（均填“会”或“不会”）
不会
会
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知识点2 传感技术
4. 用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光
信号转换为电信号的过程。下列属于这类传感器的是 ( )
D
A. 走廊照明灯的声控开关
B. 自动洗衣机中的压力传感装置
C. 电饭煲中控制加热和保温的温控器
D. 红外报警装置
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5. 将扬声器、干电池和电流表等元件连成如
图所示的电路。断开 ，反复快速闭合、断开
开关，扬声器发出咔咔声；断开 ，闭合开
关 ，反复轻敲扬声器的纸盆，会看到电流表
C
A. 扬声器发声的原理与发电机发电的原理相同
B. 扬声器发声时，机械能转化为电能
C. 扬声器发电的原理与动圈式话筒工作的原理相同
D. 电流表指针左右摆动，是因为磁场方向发生变化
的指针左右摆动。下列有关说法正确的是 ( )
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6. 动圈式话筒和动圈
式扬声器是扩音器中的重要组成
部分。如图为扩音器的工作原理
声
电
电磁感应原理
电
声
磁场对电流有力的作用
示意图。当对着话筒讲话时，话筒将____信号转换为____信
号，利用了______________；产生的变化电流经放大电路放
大后通过扬声器的线圈2，扬声器将____信号转换为____信
号，利用了______________________，扬声器就发出声音。
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