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

《傳感器的應(yīng)用舉例》學(xué)習(xí)任務(wù)單班級：姓名：小組：層次代號：教師評價：【課程標準與考試要求】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)用實例，理解傳感器的工作原理是如何與實際應(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)們對物理知識在實際生活中應(yīng)用的認識，同時培養(yǎng)同學(xué)們的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維。【學(xué)習(xí)目標】1.知識與技能-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)用實例。-準確描述這些傳感器在應(yīng)用中的工作原理。2.過程與方法-通過實例分析，學(xué)會從傳感器的功能出發(fā)，推斷其可能的工作原理，并能繪制簡單的原理示意圖。-能夠?qū)Ρ炔煌瑐鞲衅鲬?yīng)用的優(yōu)缺點，總結(jié)出選擇合適傳感器的依據(jù)。3.情感、態(tài)度與價值觀-體會傳感器在改善人類生活、推動科技發(fā)展方面的重要意義，激發(fā)對物理學(xué)科的興趣。-培養(yǎng)創(chuàng)新意識，能夠提出改進現(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】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)實際需求選擇合適傳感器的方法?！緦W(xué)習(xí)難點】1.分析復(fù)雜傳感器應(yīng)用中的信號轉(zhuǎn)換和處理過程。2.創(chuàng)新思考傳感器的新應(yīng)用及改進方向?！局R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、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或者其他形式的信號。比如說，咱們家里的溫度計，它就是一種簡單的溫度傳感器，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。它時刻檢測著房間里的溫度，要是溫度高于咱們設(shè)定的溫度，它就會給空調(diào)的控制系統(tǒng)發(fā)信號，讓空調(diào)制冷，把溫度降下來；要是溫度低了，就會讓空調(diào)停止制冷或者開始制熱。2.光傳感器光傳感器對光線敏感。你有沒有注意到，一些路燈會在天黑的時候自動亮起來，天亮的時候自動熄滅？這就是光傳感器在起作用呢。它能感知光線的強弱，天黑時光線弱，它就告訴路燈的控制系統(tǒng)打開路燈；天亮了光線強，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。它可以隨時監(jiān)測輪胎內(nèi)的氣壓，如果氣壓不足了，就會在汽車的儀表盤上顯示一個小標志，提醒司機該給輪胎打氣了，這樣可以避免因為輪胎氣壓不足而發(fā)生危險。【自主學(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）。比如，你家的冰箱、熱水器等設(shè)備，仔細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-假如你是一個小發(fā)明家，你要給一個特殊的倉庫設(shè)計溫度控制系統(tǒng)，這個倉庫需要保持在10℃-15℃之間，你會怎么使用溫度傳感器來實現(xiàn)這個功能呢？簡單地描述一下你的設(shè)計思路，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)中不同的時間，觀察你身邊帶有光傳感器的設(shè)備（比如自動感應(yīng)燈）的工作狀態(tài)。記錄下它在什么時候亮，什么時候滅，以及周圍環(huán)境的光線情況。-原理推測-根據(jù)你對光傳感器工作的了解，推測一下在強光下和弱光下，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？你可以想象自己縮小成很小很小的人，進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-找一個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或者在秤上放輕一點或重一點的東西），觀察電子秤顯示數(shù)字的變化。思考一下，這個過程中壓力傳感器是怎么工作的呢？-拓展思考-如果要設(shè)計一個壓力傳感器來檢測橋梁的承重情況，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1.組建一個小討論組（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)計一個輔助行走的設(shè)備，可能會用到哪些傳感器？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。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，我對溫度傳感器的應(yīng)用有了更深入的理解。我還學(xué)會了從不同的角度去思考傳感器的工作原理，像把自己想象成進入光傳感器內(nèi)部去推測它的工作機制，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)動機控制系統(tǒng)里，有很多傳感器在工作，這些傳感器的信號是怎么協(xié)同工作的呢？還有，我想知道如何才能更準確地根據(jù)實際需求來設(shè)計一個傳感器系統(tǒng)，有沒有一些通用的方法呢？【自主學(xué)習(xí)檢測】1.以下哪個設(shè)備通常不會用到溫度傳感器？（）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，不需要檢測溫度。2.光傳感器在下列哪種情況下可能輸出高電平信號？（）A.在黑暗的環(huán)境中B.在強光環(huán)境下C.在中等強度光線環(huán)境下D.與光線強度無關(guān)答案：A。解釋：光傳感器通常在光線弱（黑暗環(huán)境）時輸出高電平信號，以表示光線不足的狀態(tài)，從而觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備（如自動開燈）。3.壓力傳感器測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力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量（如電壓、電流等）來進行測量的，基于力與電學(xué)量的轉(zhuǎn)換原理?！净犹骄堪浮恳弧⑿〗M合作任務(wù)1.傳感器組合應(yīng)用項目-小組任務(wù)-每個小組（3-5人）要設(shè)計一個智能家居系統(tǒng)的小部分，這個小部分要用到至少兩種不同類型的傳感器。例如，可以設(shè)計一個智能臥室系統(tǒng)，當(dāng)晚上有人進入臥室（用到光傳感器檢測光線暗了和壓力傳感器檢測有人進入），燈自動亮起，并且空調(diào)根據(jù)室內(nèi)溫度（溫度傳感器）自動調(diào)節(jié)到合適的溫度。-方案設(shè)計-詳細地畫出你們的設(shè)計方案，包括傳感器的類型、安裝位置、連接方式，以及整個系統(tǒng)的工作流程。每個小組要向全班介紹自己的設(shè)計方案，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-老師會給出一個現(xiàn)有的傳感器應(yīng)用案例（比如某個工廠的自動化生產(chǎn)線中傳感器的應(yīng)用），各小組對這個案例進行分析，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、改進傳感器的安裝位置或者增加信號處理環(huán)節(jié)等。然后各小組向全班匯報自己的分析結(jié)果和優(yōu)化建議，大家一起討論哪個小組的方案最好。二、互動探究中的互動1.在小組進行智能家居系統(tǒng)設(shè)計時，大家可以互相分享自己在生活中對智能家居的體驗或者期望。比如，有的同學(xué)可能會說希望智能家居系統(tǒng)能夠根據(jù)自己的心情自動調(diào)整燈光顏色，這就可以啟發(fā)小組在設(shè)計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，鼓勵不同小組之間互相交流。如果一個小組提出了一個很好的優(yōu)化建議，其他小組可以學(xué)習(xí)并且思考如何將這個建議應(yīng)用到自己的方案中，或者提出更好的改進方案。【小結(jié)】通過這一系列的學(xué)習(xí)活動，我們對傳感器的應(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)會了如何分析傳感器的應(yīng)用原理、設(shè)計傳感器應(yīng)用方案以及優(yōu)化現(xiàn)有的傳感器應(yīng)用。希望同學(xué)們在以后的生活中，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)有人靠近自動門（壓力傳感器檢測到壓力變化）且光線較暗（光傳感器檢測到光線弱）時，自動門打開。以下關(guān)于這個系統(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自動門才能打開D.只有壓力傳感器正常工作時自動門才能打開答案：A。解釋：因為需要同時滿足有人靠近（壓力傳感器）和光線較暗（光傳感器）這兩個條件自動門才打開，所以兩個傳感器是串聯(lián)關(guān)系。2.為了提高一個溫度控制系統(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)量可以從多個位置檢測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確地檢測目標溫度；更復(fù)雜的信號處理算法可以更好地處理傳感器輸出的信號，從而提高精度。3.在一個汽車安全監(jiān)測系統(tǒng)中，要檢測汽車是否超速、駕駛員是否系安全帶以及車輛是否偏離車道，你會選擇哪些傳感器來實現(xiàn)這些功能？簡述你的設(shè)計思路。答案：-超速檢測：可以選擇速度傳感器。安裝在汽車的傳動軸或者車輪附近，通過檢測車輪的轉(zhuǎn)速來計算汽車的行駛速度。當(dāng)速度超過設(shè)定的安全速度時，傳感器將信號發(fā)送給汽車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以發(fā)出警報或者采取其他措施（如限制發(fā)動機功率）。-安全帶檢測：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，鎖扣會受到壓力，壓力傳感器檢測到壓力變化并將信號發(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)安全帶插入時會遮擋光線，光電傳感器檢測到光線變化從而判斷安全帶是否系好。當(dāng)未檢測到安全帶系好時，控制系統(tǒng)發(fā)出警報。-車道偏離檢測：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)，通過檢測與車道邊界的距離來判斷是否偏離車道。當(dāng)檢測到偏離車道時，控制系統(tǒng)可以發(fā)出警報或者自動調(diào)整汽車的行駛方向（如果汽車具備自動輔助駕駛功能）?！緦W(xué)習(xí)反思】我的收獲：在鞏固訓(xùn)練中，我對傳感器的應(yīng)用有了更全面