实践+探究红外测温仪教学设计--物理沪科版9全册

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《实践+探究红外测温仪》教学设计
课题 实践+探究红外测温仪 单元 20 学科 物理 年级 九
教材分析 本实践活动是沪科版九年级物理 “电磁波与信息时代” 单元的跨学科实践延伸，承接 “电磁波的应用” 中红外线的特性与应用知识点，本活动涉及与红外线、电磁波辐射、人体温度、红外传感器等相关的内容。实现 “理论知识→实践探究→社会应用” 的落地。了解其仅接收红外线而非主动发射，不会产生危害人体的电磁波，消除认知误区。
2022新课标要求 结合2022版初中物理新课标，红外线测温仪的实践探究可紧扣课标核心素养要求开展，新课标核心是凸显实践性和核心素养培养，还新增实验探究与跨学科实践主题。理解测温原理能深化能量相关物理观念，对比不同测温工具能锻炼科学思维，自主设计实验能落实科学探究，认识其在防疫中的作用可培育科学态度与责任。
学习目标与核心素养 1.物理观念（1）掌握红外测温仪的核心原理。（2）对比红外测温仪与液体温度计的测量原理、精度、适用场景，知道红外测温仪 “非接触、快速” 的优势及局限性，明确红外测温仪的安全性。2.科学思维通过调研红外测温仪的工作原理，构建 “红外线接收→信号转化→温度显示” 的逻辑链，培养 “现象→原理→应用” 的推理思维。3. 科学探究对比两种测温工具的实验数据，归纳 “接触式 vs 非接触式” 测温的差异，建立 “需求→工具选择” 的决策模型，提升对比分析能力。4. 科学态度与责任基于实验与调研数据客观分析工具利弊，养成严谨求实的科学态度，避免被不实信息误导。
学情分析 九年级学生已掌握红外线的特性所有物体发射红外线，与温度相关、电磁波的基本概念，知道液体温度计的测温原理，具备理解红外测温仪原理的理论基础；在生物课中了解人体正常体温范围，能进行跨学科知识初步整合。学生具备基础的信息检索能力、小组合作能力、实验操作能力和书面表达能力，能完成调研、实验与报告撰写任务。在公共场合频繁接触红外测温仪，对其 “快速、非接触” 的特点有感性认知，但对工作原理、安全性存在疑问，具备调研与探索的兴趣基础。
重点 红外测温仪的工作原理、操作方法、安全性及在公共卫生中的应用；设计并完成红外测温仪与液体温度计的对比实验，分析数据差异及成因。
难点 在对比实验中排除环境温度、测量距离、测量部位等干扰因素，确保数据的科学性与可比性。
材料准备 液体温度计、红外测温仪
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入有人认为红外测温仪会产生危害身体的电磁波，这是真的吗？红外测温仪是如何测量温度的？下面我们通过实践活动一起探索。红外测温仪 观看红外测温仪思考问题 引起学生探究的兴趣
讲授新课 一、活动方案本活动涉及与红外线、电磁波辐射、人体温度、红外传感器等相关的内容。任务一：查阅资料。了解红外测温仪的工作原理、操作过程及使用的安全性要求，调研在流行病传播期间红外测温仪的使用情况。1.红外测温仪的工作原理依据黑体辐射定律，所有高于绝对零度的物体都会辐射红外线，且辐射强度和温度呈正相关。红外测温设备通过热电堆等传感器接收人体额头、鼓膜等部位的红外辐射，将其转化为电信号，再经内部算法校准补偿环境温差等影响后，最终换算成温度值。视频：红外测温仪的工作原理2.操作过程（1）先检查设备电量是否充足、探头是否清洁，必要时用已知温度物体校准；（2）测量时额温仪需距额头1 - 3厘米垂直对准，耳温仪要拉直耳廓将探头深入耳道对准鼓膜；（3）按下测量键，1 - 3秒后设备发出提示音，即可读取温度数据；测量后用75%酒精棉擦拭探头清洁。3.使用的安全性要求（1）在使用红外测温仪之前，务必仔细阅读说明书，了解其功能、操作方法以及注意事项，以确保正确、安全地使用仪器。（2）该设备仅接收红外线而非主动发射，不会对人体造成损伤；若设备带激光瞄准，需避免直视激光光束以防伤眼。（3）要避免在高温、潮湿等极端环境使用，防止设备损坏；医疗场所等频繁使用的设备每半年需校准一次，误差超0.3℃需停用调整。（4）在进行测温时，需要保持一定的测量距离和正确的测量角度。一般来说，距离越近、角度越垂直，测量结果越准确。通常建议仪器与皮肤之间的距离保持在3～5 cm之间。4.在流行病传播期间红外测温仪的使用情况（1）2003年非典时，红外测温设备首次广泛用于机场等口岸，快速筛查发热人员。（2）新冠疫情期间其应用更为普及，一方面额温枪成为社区、药店等场景的基础防控装备，满足小范围快速测温需求；（3）另一方面红外热成像测温仪被大量部署在地铁、车站等人员密集场所，搭配AI算法可实现远距离、多目标同时测温，一分钟能完成数百人筛查，还能自动报警。任务二：进行探究。使用液体温度计和红外测温仪分别进行体温测量，比较测量结果及不同测温仪的利弊。探究如何选用合适的测量工具来测量不同物体的温度，并根据探究结果提出建议。对比实验：液体温度计和红外测温仪1.实验目的使用液体温度计和红外测温仪分别进行体温测量，比较测量结果及不同测温仪的利弊。2.实验器材：液体温度计、红外测温仪 3.测量步骤：（1）同一环境下，先用水银温度计测量腋下温度（静置 5 分钟），记录数据； 同一部位（额头）用红外测温仪测量（保持 3-5cm 距离），记录数据； （3）更换环境重复测量，每组至少记录 6 组对比数据；4.数据记录测量环境测量成员液体体温计（℃）红外测温仪（℃）数据差值（℃）备注室内常温（23℃）成员136.536.30.2安静休息10分钟后测量，腋下干燥成员236.736.50.2成员336.436.30.1室外低温（8℃）成员136.335.80.5安静休息10分钟后测量，腋下干燥成员236.535.90.6成员336.235.70.5测量环境测量成员液体体温计（℃）红外测温仪（℃）数据差值（℃）备注运动后（跳绳5分钟）成员137.237.00.2运动后休息1分钟测量，额头微汗成员237.337.10.2成员337.136.90.2思考讨论：不同测温仪的利弊有哪些？你能用表格形式表示吗？对比维度红外测温仪液体温度计测量方式非接触接触测量速度快慢精度受环境影响（误差±0.3℃）精度高（误差 ±0.1℃）适用场景公共场所批量测温家庭、医院精准测温局限性易受温度、距离干扰有功耗，依赖电池；交叉感染风险、速度慢水银体温计易碎且有毒，存在安全隐患5.不同测量对象的工具选用项目液体温度计(水银)红外测温仪适用场景家庭自测、医疗精准监测公共场所、儿童及行动不便者安全与维护水银体温计妥善存放，破损后立即开窗通风并收集水银，交由专业机构处理。 红外线体温计定期更换电池，耳温计每次使用更换耳套，避免交叉感染。规范操作腋下测量需夹紧5-10分钟，需要固定姿势测量，对儿童和老人不友好。口腔测量前忌冷热饮食。无需接触，操作简便6.综合建议液体体温计胜在精准稳定，适合人体核心体温精准测量；红外线体温计赢在快速便捷，适合筛查与物体表面测温。日常使用可组合搭配：用红外线体温计快速初步判断，用液体体温计精准复核，兼顾效率与准确性。注：水银体温计因环保问题已逐步淘汰，建议优先选用电子液体温度计作为替代。交流评价完成一篇关于红外测温仪的工作原理及使用前景的调研报告，与同学们交流讨论研究成果，并针对红外测温仪是否会对人体产生影响提出个人的观点，作出解释。并针对红外测温仪是否会对人体产生影响提出个人的观点，作出解释。视频：红外测温仪会产生危害身体的电磁波吗？交流讨论：针对红外测温仪是否会对人体产生影响提出个人的观点，作出解释。参考答案：个人观点是合规红外线测温仪对人体无显著不良影响。解释：（1）工作原理无伤害性合规红外线测温仪通过接收人体自身辐射的红外线计算温度，并非主动发射有害射线，本质是“接收信号”而非“发射辐射”。其工作原理和安全性已通过权威检测，日常使用无需过度担忧。（2）能量极低且无接触：即便部分红外线测温仪带有辅助校准的微弱红外光源，其功率远低于手机、微波炉等日常设备，且测量时保持距离、时间极短，不会对皮肤、眼睛等组织造成热损伤或细胞伤害。注意事项*避免购买无品牌、无检测报告的劣质产品；不建议长时间近距离对准眼睛直射（虽无直接伤害，但可能造成短暂不适），日常测量遵循说明书操作即可。视频：电磁波各波段的应用实例 查阅资料并聆听.红外测温仪的工作原理查阅资料聆听使用的安全性要求了解在流行病传播期间红外测温仪的使用情况学生动手操作并归纳总结思考讨论：不同测温仪的利弊有哪些？你能用表格形式表示吗？学生提出自己的建议，并最后在老师引导下总结学生进行交流评价 掌握红外测温仪的核心原理：明确红外测温仪利用 “所有物体都会发射红外线，且发射强度与温度相关” 的特性，了解其仅接收红外线而非主动发射，不会产生危害人体的电磁波，消除认知误区。感受红外测温仪在公共卫生中的重要作用，体会电磁波技术对社会公共安全的支撑价值，激发对科技应用的关注。锻炼学生的动手能力以及归纳总结能力锻炼学生严谨的逻辑思维能力以及观察总结能力锻炼学生的分析问题，解决问题的能力深化对红外测温仪的认知，明确 “理性看待技术、基于证据下结论” 的科学态度。
课堂练习 1. 关于电磁波和现代通信，请判断下列表述是否正确。（1）电磁波的频率越高，在空气中传播的速度就越大；（2）微波不具有能量；（3）电磁波可以在真空中传播；（4）光纤通信具有传输信息量大、信号衰减小等特点；（5）移动电话是靠电磁波传递信息的；（6）微波传输时要靠微波中继站才能传输较大的距离；（7）卫星只能作为传送电视信号的中继站。答案：(1)错误(2)错误(3)正确(4)正确 (5)正确(6)正确(7)错误。解： (1)电磁波的速度与介质有关，与电磁波的频率无关，不同频率的电磁波在空气中的传播速度相同，故(1)错误；(2)微波是电磁波的一种，传播速度与电磁波速度相同，具有能量，故(2)错误；(3)电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，故(3)正确；(4)光纤通信是利用电磁波在光导纤维中反射，实现信息传输的，它具有传输信息量大、不受外界电磁场干扰和通信质量高等优点，故(4)正确；(5)移动电话就是靠发射和接收电磁波来传递信息的，故(6)正确；(6)因为微波基本上是沿直线传播的，不能沿地球表面绕射，同时在传输过程中信号存在衰减等，微波传输时要靠微波中继站才能传输较大的距离，故(7)正确；(7)卫星中继通讯的应用范围很广；但卫星并不是只能作为传送电视信号的中继站，故(8)错误；2. 下列通信方式中不属于微波通信的是（ ）。A. 微波中继通信 B. 光纤通信C. 移动通信 D. 卫星通信答案：D解析：微波中继通信：利用微波进行信息传输，属于微波通信。移动通信：通常也使用微波进行信息传输，属于微波通信。卫星通信：通过卫星进行信息传输，也使用微波作为信号载体，属于微波通信。光纤通信：利用光导纤维传输信息，信号载体是激光，不属于微波通信。3.下列电磁波中波长最长的是（ ）。A.紫外线 B. 红外线C. 可见光 D. 无线电波答案：D解析：按照波长从大到小的排列顺序是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。4. 电视台发射出一列波长为 10 m 的无线电波，则它的频率大约是（ ）。A.30 Hz B. 30 kHz C. 30 MHz D. 无法计算答案：C解析：频率ν === 3×107Hz=30MHz.故选C5. 关于信息传递，下列说法中正确的是（ ）。A. 军用雷达利用超声波进行定位和导航B. 卫星通过红外线传递信息C. 光纤通信利用电流传递信息D. 汽车导航通过电磁波传递信息答案：D军用雷达是利用电磁波进行定位和导航的，而不是超声波。因此选项A错误。卫星通信主要通过高频电磁波（如微波）传递信息，而不是红外线。因此选项B错误。光纤通信是利用光（通常是激光）在光导纤维中通过多次反射传递信息，而不是电流。光纤通信利用的是光的全反射原理，因此选项C错误。汽车导航系统通常通过接收卫星发出的电磁波（如GPS信号）来获取位置信息，因此选项D正确。6. 下列说法中错误的是（ ）。A. 光波是一种电磁波，可在真空中传播B. 声波是一种电磁波，不能在真空中传播C. 超声波能粉碎结石说明超声波具有能量D. 光纤通信是一种利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式答案：B解析：光波、无线电波、X射线等都是电磁波，电磁波可以在真空中传播，故选项A正确；声波不是电磁波，也不能在真空中传播，故选项B错误：超声波可以碎石，是因为本身具有能量，故选项C正确；光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的，故选项D正确。7. 电磁波的用途非常广泛，可以归纳为：医疗，如_________________；通信，如 _________________；红外遥控，如 _________________。答案:医生可以用r射线作脑手术；利用微波进行卫星通信；电视机、空调等用红外线进行遥控。解析：电磁波的用途非常广泛，可以归纳为:医疗，如医生可以用γ射线作脑手术；通信，如利用微波进行卫星通信；红外遥控，如电视机、空调等用红外线进行遥控。8.手机传递信息的电磁波频率有 ν 1 = 900 MHz 和 ν 2 = 1 800 MHz，与这两个频率相对应的电磁波波长及波速分别是 λ1、 ν 1 和 λ2、 ν 2，则 λ1 ________ λ2， ν1 ________ ν2。（均选填“＞”“=”或“＜”）答案：＞ =解析：电磁波在传播过程中以光速传播且保持不变，由公式c=λν可得，电磁波的波速一定，电磁波的波长和频率互成反比例关系。所以， ν1频率小，波长长。即λ1 > λ2, ν1 = ν2。9. 雷达是利用 _________ 测定物体位置的无线电设备。假设某时刻雷达向飞机发射电磁波，电磁波遇到飞机经反射后，又被雷达接收，整个过程用时 52.4 μs（1 μs = 1×10-6 s）。电磁波的速度为________，则飞机离雷达的距离是________。答案：电磁波 3×108 m/s 7860m解析：雷达是利用电磁波来测定物体位置的无线电设备；电磁波的传播速度与光速相同，为3×108m/ s，电磁波的路程:s=vt= 3×108 m/s×52.4×10-6s= 1.572 × 104m,飞机距雷达的距离: d=== 7860m。10. 下图是地球上的人造卫星进行通信的示意图。（1）请结合示意图，简要说明卫星通信的原理；（2）许多长途电话以地球同步卫星为中继站。由于无线电波传输需要时间，故接听时会有一定延迟。假设某人造卫星与地面的距离是 36 000 km，请你估算延迟的时间。答案：(1)卫星通信利用人造卫星作为中继站，将地面站发送的信号接收并转发到另一个地面站。(2)0.24s解析： (1)卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地面站之间的通信。由示意图可知在主站或者地面站1、地面站2等先将信号发射到卫星，卫星接收到信号后，再把信号转发到另外的地面站或主站，这样就可以让不同地面站的通信客户之间进行通信。(2)已知无线电波的传播速度c= 3 × 108m/s,人造卫星与地面的距离s0 = 36000km= 3.6 ×107m因为无线电波从地面到卫星再返回地面，所以传播的总路程s=2s0 =2 × 3.6 × 107m=7.2× 107m，信息延迟的时间t = = = 0.24s。 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结 实践+探究红外测温仪一、活动方案任务一1.红外测温仪的工作原理2.操作过程3.使用的安全性要求4.在流行病传播期间红外测温仪的使用情况任务二1.对比实验：液体温度计和红外测温仪2.综合建议二、交流评价：合规红外线测温仪对人体无显著不良影响三、拓展研究：电磁波各波段的应用实例 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 跨学科实践活动：探究红外测温仪1.任务一：调研→原理、操作、安全性、应用情况2.任务二：实验→对比两种测温工具→数据记录与分析3.交流评价：合规红外线测温仪对人体无显著不良影响4.拓展研究：电磁波各波段的应用实例 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 1.科普短文：《红外测温仪：看不见的“温度侦探”》了解基本原理和生活应用。2.实用手册：红外测温仪使用说明书：重点看操作规范和误差提示。
特色资源分析和技术手段说明 1.视频资源：红外测温仪的工作原理 红外测温仪会产生危害身体的电磁波吗？ 电磁波各波段的应用实例2.实物资源：拆解废旧额温枪观察红外镜头、传感器等核心部件
教学反思 本实践活动是沪科版九年级物理 “电磁波与信息时代” 单元的跨学科实践+探究红外测温仪，本节课结合生活实例易理解，实物观察和小实验能提升参与度。但抽象的辐射定律较难讲解，需更多具象化演示；改进：用“火焰越旺热量越强”类比红外辐射，增加不同环境下的测温对比实验。
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