傳感器的應(yīng)用舉例+學(xué)習(xí)任務(wù)單 高二下學(xué)期物理教科版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

《傳感器的應(yīng)用舉例》學(xué)習(xí)任務(wù)單班級(jí)：姓名：小組：層次代號(hào)：教師評(píng)價(jià)：【課程標(biāo)準(zhǔn)與考試要求】傳感器在現(xiàn)代科技和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，要讓同學(xué)們了解傳感器在不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用實(shí)例，理解傳感器的工作原理是如何與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的，掌握分析傳感器應(yīng)用問題的基本方法，提高同學(xué)們對(duì)物理知識(shí)在實(shí)際生活中應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)同學(xué)們的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.知識(shí)與技能-能說出至少三種不同類型傳感器（如溫度傳感器、光傳感器、壓力傳感器）的具體應(yīng)用實(shí)例。-準(zhǔn)確描述這些傳感器在應(yīng)用中的工作原理。2.過程與方法-通過實(shí)例分析，學(xué)會(huì)從傳感器的功能出發(fā)，推斷其可能的工作原理，并能繪制簡(jiǎn)單的原理示意圖。-能夠?qū)Ρ炔煌瑐鞲衅鲬?yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出選擇合適傳感器的依據(jù)。3.情感、態(tài)度與價(jià)值觀-體會(huì)傳感器在改善人類生活、推動(dòng)科技發(fā)展方面的重要意義，激發(fā)對(duì)物理學(xué)科的興趣。-培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，能夠提出改進(jìn)現(xiàn)有傳感器應(yīng)用或開發(fā)新應(yīng)用的想法?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】1.理解不同傳感器在典型應(yīng)用中的工作原理。2.掌握根據(jù)實(shí)際需求選擇合適傳感器的方法?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】1.分析復(fù)雜傳感器應(yīng)用中的信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理過程。2.創(chuàng)新思考傳感器的新應(yīng)用及改進(jìn)方向?！局R(shí)鏈接】一、傳感器是什么同學(xué)們，傳感器就像是我們身邊的小偵探。它能感知周圍環(huán)境中的各種信息，像溫度有多高、光線有多強(qiáng)、壓力有多大等等，然后把這些信息轉(zhuǎn)換成我們能理解的電信號(hào)或者其他形式的信號(hào)。比如說，咱們家里的溫度計(jì)，它就是一種簡(jiǎn)單的溫度傳感器，能告訴我們今天是冷還是熱。二、傳感器的類型1.溫度傳感器這種傳感器可以感受溫度的變化。就像咱們夏天用的空調(diào)，空調(diào)里面有溫度傳感器。它時(shí)刻檢測(cè)著房間里的溫度，要是溫度高于咱們?cè)O(shè)定的溫度，它就會(huì)給空調(diào)的控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)，讓空調(diào)制冷，把溫度降下來；要是溫度低了，就會(huì)讓空調(diào)停止制冷或者開始制熱。2.光傳感器光傳感器對(duì)光線敏感。你有沒有注意到，一些路燈會(huì)在天黑的時(shí)候自動(dòng)亮起來，天亮的時(shí)候自動(dòng)熄滅？這就是光傳感器在起作用呢。它能感知光線的強(qiáng)弱，天黑時(shí)光線弱，它就告訴路燈的控制系統(tǒng)打開路燈；天亮了光線強(qiáng)，就通知控制系統(tǒng)關(guān)掉路燈。3.壓力傳感器壓力傳感器能檢測(cè)壓力的大小。汽車的輪胎里就可能安裝有壓力傳感器。它可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎內(nèi)的氣壓，如果氣壓不足了，就會(huì)在汽車的儀表盤上顯示一個(gè)小標(biāo)志，提醒司機(jī)該給輪胎打氣了，這樣可以避免因?yàn)檩喬鈮翰蛔愣l(fā)生危險(xiǎn)?！咀灾鲗W(xué)習(xí)案】一、基礎(chǔ)學(xué)習(xí)任務(wù)1.溫度傳感器的應(yīng)用探索-找一找-在你家里或者周圍環(huán)境中，找一找還有哪些設(shè)備用到了溫度傳感器（除了空調(diào)和溫度計(jì)）。比如，你家的冰箱、熱水器等設(shè)備，仔細(xì)觀察一下它們有沒有類似傳感器的功能，把你找到的設(shè)備記錄下來。-說一說-假如你是一個(gè)小發(fā)明家，你要給一個(gè)特殊的倉庫設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)，這個(gè)倉庫需要保持在10℃-15℃之間，你會(huì)怎么使用溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能呢？簡(jiǎn)單地描述一下你的設(shè)計(jì)思路，包括傳感器怎么放置、怎么和控制系統(tǒng)連接、控制系統(tǒng)又怎么根據(jù)傳感器的信號(hào)來工作等。2.光傳感器的趣味發(fā)現(xiàn)-觀察與記錄-在一天當(dāng)中不同的時(shí)間，觀察你身邊帶有光傳感器的設(shè)備（比如自動(dòng)感應(yīng)燈）的工作狀態(tài)。記錄下它在什么時(shí)候亮，什么時(shí)候滅，以及周圍環(huán)境的光線情況。-原理推測(cè)-根據(jù)你對(duì)光傳感器工作的了解，推測(cè)一下在強(qiáng)光下和弱光下，光傳感器內(nèi)部可能發(fā)生了什么變化才導(dǎo)致它能輸出不同的信號(hào)？你可以想象自己縮小成很小很小的人，進(jìn)入到光傳感器里面去看看哦。3.壓力傳感器的小研究-日常體驗(yàn)-找一個(gè)有壓力傳感器的東西，像電子秤。站上去稱一下自己的體重，然后慢慢地增加或者減少你施加在秤上的壓力（可以通過改變站立的姿勢(shì)或者在秤上放輕一點(diǎn)或重一點(diǎn)的東西），觀察電子秤顯示數(shù)字的變化。思考一下，這個(gè)過程中壓力傳感器是怎么工作的呢？-拓展思考-如果要設(shè)計(jì)一個(gè)壓力傳感器來檢測(cè)橋梁的承重情況，你覺得需要考慮哪些因素呢？比如傳感器的精度、量程、安裝位置等等，把你的想法寫下來。二、自主學(xué)習(xí)中的互動(dòng)1.組建一個(gè)小討論組（可以是線上或者線下的，人數(shù)3-5人），和小組成員分享你在尋找傳感器應(yīng)用實(shí)例中的有趣發(fā)現(xiàn)。比如說，你發(fā)現(xiàn)家里的烤箱可能也有溫度傳感器，你是怎么發(fā)現(xiàn)的呢？然后聽聽小組成員的發(fā)現(xiàn)，互相學(xué)習(xí)。2.在小組內(nèi)討論一下，如果要給盲人設(shè)計(jì)一個(gè)輔助行走的設(shè)備，可能會(huì)用到哪些傳感器？大家可以發(fā)揮想象力，提出自己的想法，然后一起討論這些想法的可行性?！咀詫W(xué)反思】我的收獲：在這個(gè)自主學(xué)習(xí)的過程中，我學(xué)到了很多關(guān)于傳感器應(yīng)用的知識(shí)。我知道了原來我們身邊有這么多設(shè)備都用到了傳感器，而且不同的傳感器在不同的設(shè)備里發(fā)揮著不同的作用。比如通過觀察家里的電器，我對(duì)溫度傳感器的應(yīng)用有了更深入的理解。我還學(xué)會(huì)了從不同的角度去思考傳感器的工作原理，像把自己想象成進(jìn)入光傳感器內(nèi)部去推測(cè)它的工作機(jī)制，這很有趣。我的疑問：我還是不太清楚在一些復(fù)雜的傳感器應(yīng)用中，信號(hào)是怎么經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換和處理的。比如說在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)里，有很多傳感器在工作，這些傳感器的信號(hào)是怎么協(xié)同工作的呢？還有，我想知道如何才能更準(zhǔn)確地根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器系統(tǒng)，有沒有一些通用的方法呢？【自主學(xué)習(xí)檢測(cè)】1.以下哪個(gè)設(shè)備通常不會(huì)用到溫度傳感器？（）A.電飯煲B.電風(fēng)扇C.電磁爐D.電吹風(fēng)答案：B。解釋：電飯煲需要溫度傳感器來控制煮飯的溫度；電磁爐通過溫度傳感器防止過熱；電吹風(fēng)也有溫度傳感器來避免溫度過高，而電風(fēng)扇主要是調(diào)節(jié)空氣流動(dòng)，不需要檢測(cè)溫度。2.光傳感器在下列哪種情況下可能輸出高電平信號(hào)？（）A.在黑暗的環(huán)境中B.在強(qiáng)光環(huán)境下C.在中等強(qiáng)度光線環(huán)境下D.與光線強(qiáng)度無關(guān)答案：A。解釋：光傳感器通常在光線弱（黑暗環(huán)境）時(shí)輸出高電平信號(hào)，以表示光線不足的狀態(tài)，從而觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備（如自動(dòng)開燈）。3.壓力傳感器測(cè)量壓力的基本原理是基于（）A.電磁感應(yīng)B.光電效應(yīng)C.力與電學(xué)量的轉(zhuǎn)換D.熱脹冷縮答案：C。解釋：壓力傳感器是將壓力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（如電壓、電流等）來進(jìn)行測(cè)量的，基于力與電學(xué)量的轉(zhuǎn)換原理。【互動(dòng)探究案】一、小組合作任務(wù)1.傳感器組合應(yīng)用項(xiàng)目-小組任務(wù)-每個(gè)小組（3-5人）要設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居系統(tǒng)的小部分，這個(gè)小部分要用到至少兩種不同類型的傳感器。例如，可以設(shè)計(jì)一個(gè)智能臥室系統(tǒng)，當(dāng)晚上有人進(jìn)入臥室（用到光傳感器檢測(cè)光線暗了和壓力傳感器檢測(cè)有人進(jìn)入），燈自動(dòng)亮起，并且空調(diào)根據(jù)室內(nèi)溫度（溫度傳感器）自動(dòng)調(diào)節(jié)到合適的溫度。-方案設(shè)計(jì)-詳細(xì)地畫出你們的設(shè)計(jì)方案，包括傳感器的類型、安裝位置、連接方式，以及整個(gè)系統(tǒng)的工作流程。每個(gè)小組要向全班介紹自己的設(shè)計(jì)方案，其他小組可以提問和提出建議。2.傳感器應(yīng)用的優(yōu)化-案例分析-老師會(huì)給出一個(gè)現(xiàn)有的傳感器應(yīng)用案例（比如某個(gè)工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)線中傳感器的應(yīng)用），各小組對(duì)這個(gè)案例進(jìn)行分析，找出其中可能存在的問題，比如傳感器的精度不夠、響應(yīng)速度慢或者容易受到干擾等。-優(yōu)化建議-根據(jù)找出的問題，每個(gè)小組提出至少兩條優(yōu)化建議。這些建議可以包括更換傳感器類型、改進(jìn)傳感器的安裝位置或者增加信號(hào)處理環(huán)節(jié)等。然后各小組向全班匯報(bào)自己的分析結(jié)果和優(yōu)化建議，大家一起討論哪個(gè)小組的方案最好。二、互動(dòng)探究中的互動(dòng)1.在小組進(jìn)行智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，大家可以互相分享自己在生活中對(duì)智能家居的體驗(yàn)或者期望。比如，有的同學(xué)可能會(huì)說希望智能家居系統(tǒng)能夠根據(jù)自己的心情自動(dòng)調(diào)整燈光顏色，這就可以啟發(fā)小組在設(shè)計(jì)中考慮加入更多的傳感器或者功能。2.在討論傳感器應(yīng)用優(yōu)化案例時(shí)，鼓勵(lì)不同小組之間互相交流。如果一個(gè)小組提出了一個(gè)很好的優(yōu)化建議，其他小組可以學(xué)習(xí)并且思考如何將這個(gè)建議應(yīng)用到自己的方案中，或者提出更好的改進(jìn)方案?！拘〗Y(jié)】通過這一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)，我們對(duì)傳感器的應(yīng)用有了更深入的了解。我們知道了傳感器在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，也學(xué)會(huì)了如何分析傳感器的應(yīng)用原理、設(shè)計(jì)傳感器應(yīng)用方案以及優(yōu)化現(xiàn)有的傳感器應(yīng)用。希望同學(xué)們?cè)谝院蟮纳钪?，能夠更加關(guān)注傳感器的應(yīng)用，說不定還能自己發(fā)明出一些很酷炫的東西呢！【鞏固訓(xùn)練案】1.某自動(dòng)門控制系統(tǒng)使用了光傳感器和壓力傳感器。當(dāng)有人靠近自動(dòng)門（壓力傳感器檢測(cè)到壓力變化）且光線較暗（光傳感器檢測(cè)到光線弱）時(shí)，自動(dòng)門打開。以下關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)的說法正確的是（）A.光傳感器和壓力傳感器是串聯(lián)關(guān)系B.光傳感器和壓力傳感器是并聯(lián)關(guān)系C.只有光傳感器正常工作時(shí)自動(dòng)門才能打開D.只有壓力傳感器正常工作時(shí)自動(dòng)門才能打開答案：A。解釋：因?yàn)樾枰瑫r(shí)滿足有人靠近（壓力傳感器）和光線較暗（光傳感器）這兩個(gè)條件自動(dòng)門才打開，所以兩個(gè)傳感器是串聯(lián)關(guān)系。2.為了提高一個(gè)溫度控制系統(tǒng)的精度，可以采取的措施有（）（多選）A.選擇精度更高的溫度傳感器B.增加溫度傳感器的數(shù)量C.優(yōu)化溫度傳感器的安裝位置D.采用更復(fù)雜的信號(hào)處理算法答案：ABCD。解釋：選擇精度更高的傳感器直接提高精度；增加數(shù)量可以從多個(gè)位置檢測(cè)溫度取平均值等方式提高精度；優(yōu)化安裝位置能使傳感器更準(zhǔn)確地檢測(cè)目標(biāo)溫度；更復(fù)雜的信號(hào)處理算法可以更好地處理傳感器輸出的信號(hào)，從而提高精度。3.在一個(gè)汽車安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，要檢測(cè)汽車是否超速、駕駛員是否系安全帶以及車輛是否偏離車道，你會(huì)選擇哪些傳感器來實(shí)現(xiàn)這些功能？簡(jiǎn)述你的設(shè)計(jì)思路。答案：-超速檢測(cè)：可以選擇速度傳感器。安裝在汽車的傳動(dòng)軸或者車輪附近，通過檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速來計(jì)算汽車的行駛速度。當(dāng)速度超過設(shè)定的安全速度時(shí)，傳感器將信號(hào)發(fā)送給汽車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以發(fā)出警報(bào)或者采取其他措施（如限制發(fā)動(dòng)機(jī)功率）。-安全帶檢測(cè)：使用壓力傳感器或者光電傳感器。如果是壓力傳感器，可以安裝在安全帶的鎖扣處，當(dāng)駕駛員系上安全帶時(shí)，鎖扣會(huì)受到壓力，壓力傳感器檢測(cè)到壓力變化并將信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)，表示安全帶已系好；如果是光電傳感器，可以安裝在安全帶插槽附近，當(dāng)安全帶插入時(shí)會(huì)遮擋光線，光電傳感器檢測(cè)到光線變化從而判斷安全帶是否系好。當(dāng)未檢測(cè)到安全帶系好時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。-車道偏離檢測(cè)：采用攝像頭或者紅外傳感器。攝像頭可以安裝在汽車的前擋風(fēng)玻璃附近，通過圖像識(shí)別技術(shù)來判斷汽車是否偏離車道；紅外傳感器可以安裝在汽車兩側(cè)，通過檢測(cè)與車道邊界的距離來判斷是否偏離車道。當(dāng)檢測(cè)到偏離車道時(shí)，控制系統(tǒng)可以發(fā)出警報(bào)或者自動(dòng)調(diào)整汽車的行駛方向（如果汽車具備自動(dòng)輔助駕駛功能）?！緦W(xué)習(xí)反思】我的收獲：在鞏固訓(xùn)練中，我對(duì)傳感器的應(yīng)用有了更全面