资源简介

(共34张PPT)
幻灯片 1：标题页
8.3 跨学科实践：传感技术
副标题：连接物理世界与数字智能的桥梁
授课对象：初中物理学生
授课时长：45 分钟
核心目标：了解传感技术的基本概念与组成，掌握常见传感器的工作原理，认识传感技术在跨学科领域的应用
幻灯片 2：导入 —— 生活中的 “感知者”
无处不在的传感技术
智能手机的屏幕能感知触摸，自动调节亮度；手环能监测心率和步数，记录运动数据。
空调能检测室内温度自动启停，烟雾报警器能感知烟雾浓度及时报警。
自动驾驶汽车通过雷达和摄像头 “感知” 路况，实现自动避障。
思考问题：这些设备如何 “感知” 外界信息？传感技术背后融合了哪些学科知识？
幻灯片 3：传感技术的基本概念
什么是传感技术？
定义：传感技术是指通过特定装置（传感器）将外界的物理、化学、生物等非电信号转化为电信号（如电压、电流），并进行处理和应用的技术。
核心作用：实现对物理世界的 “感知”，是信息采集的关键技术，为智能决策提供数据支持。
跨学科特性：融合了物理学（力、热、光、电、磁）、化学（物质检测）、生物学（生物信号识别）、工程学（信号处理）等多学科知识。
幻灯片 4：传感器的组成与工作流程
从感知到输出的完整链条
传感器的基本组成
敏感元件：直接感受外界被测信号的部分（如温度计中的感温金属片）。
转换元件：将敏感元件感受到的非电信号转换为电信号的部分（如将温度变化转换为电阻变化）。
信号处理电路：对转换后的电信号进行放大、滤波等处理，输出便于应用的信号。
工作流程
外界信号 → 敏感元件感知 → 转换元件（非电→电） → 信号处理 → 输出电信号 → 应用（显示、控制、报警等）
幻灯片 5：基于物理原理的传感器（一）
力、热、光传感器
力传感器
工作原理：利用某些材料受力后电阻变化的特性（如金属应变片），将力信号转化为电信号。
应用：电子秤（测量重量）、汽车安全气囊（检测碰撞冲击力）、手机触摸屏（感知按压力度）。
温度传感器
工作原理：利用材料的电阻随温度变化的特性（如热敏电阻）或热电偶的温差电动势效应，将温度信号转化为电信号。
应用：空调温控器、体温计、冰箱温度监测、工业炉温控制。
光传感器
工作原理：利用半导体的光敏特性（如光电二极管、光敏电阻），将光信号（亮度、光强）转化为电信号。
应用：自动路灯（天黑自动开灯）、相机自动对焦、手机屏幕亮度调节、火灾报警器（红外探测）。
幻灯片 6：基于物理原理的传感器（二）
电、磁传感器
湿度传感器
工作原理：利用某些材料（如氯化锂）的电阻或电容随湿度变化的特性，将湿度信号转化为电信号。
应用：天气预报设备、加湿器自动控制、仓库湿度监测。
磁传感器
工作原理：利用霍尔效应（通电导体在磁场中受力产生电压）或磁电阻效应，将磁场信号转化为电信号。
应用：指南针（检测地磁场）、银行卡磁条读取、汽车转速表（检测齿轮磁场变化）。
幻灯片 7：基于化学与生物原理的传感器
物质与生命信号的检测
化学传感器
工作原理：利用待测物质与敏感材料的化学反应，引起电信号变化（如 pH 传感器检测溶液酸碱度）。
应用：水质监测仪（检测重金属含量）、酒精测试仪（检测血液酒精浓度）、气体报警器（检测燃气泄漏）。
生物传感器
工作原理：利用生物分子（如酶、抗体）与被测物质的特异性反应，将生物信号转化为电信号。
应用：血糖检测仪（检测血糖浓度）、心率监测手环（通过光电信号检测血液流动）、新冠病毒检测试剂盒。
幻灯片 8：传感技术在智能家居中的应用
让生活更便捷舒适
温度传感器：感知室内温度，联动空调自动调节制冷或制热。
光照传感器：检测室内光线强度，自动调节窗帘开合或灯光亮度。
人体红外传感器：感知有人活动时自动开灯，无人时自动关灯（如楼道灯）。
烟雾传感器：检测到烟雾浓度超标时，触发报警并联动排气扇启动。
湿度传感器：监测室内湿度，自动控制加湿器或除湿器工作。
幻灯片 9：传感技术在环境监测中的应用
守护绿色地球
PM2.5 传感器：实时监测空气中的颗粒物浓度，为雾霾预警提供数据。
二氧化碳传感器：检测室内或大气中的 CO 浓度，指导通风或环保决策。
水质传感器：监测水中的 pH 值、溶解氧、污染物含量，保障用水安全。
噪声传感器：采集环境噪声数据，监控交通或工业噪声污染。
土壤传感器：检测土壤湿度、肥力，实现农业精准灌溉和施肥。
幻灯片 10：传感技术在医疗健康中的应用
为生命健康保驾护航
心率传感器：通过光电技术检测血液流动变化，实时监测心率（如智能手环）。
体温传感器：持续监测人体体温，及时发现异常（如医用体温计、婴儿监护仪）。
血压传感器：通过压力感应技术测量血压变化，辅助高血压诊断。
血糖传感器：微创或无创检测血糖水平，方便糖尿病患者日常监测。
心电传感器：采集心电图信号，辅助心脏疾病的诊断和监测。
幻灯片 11：实验活动 —— 制作简易温度报警器
体验传感技术的原理
实验目标
利用热敏电阻制作简易温度报警器，当温度超过设定值时发出警报。
实验材料
热敏电阻、三极管（开关作用）、蜂鸣器、电池、电阻、导线、面包板、热熔胶枪。
制作与操作步骤
电路连接：将热敏电阻与三极管、电阻串联，蜂鸣器接入电路（参考电路图）。
原理分析：常温下热敏电阻阻值较大，电路电流小，蜂鸣器不工作；温度升高时，热敏电阻阻值减小，电流增大，三极管导通，蜂鸣器发声报警。
调试优化：改变串联电阻的阻值，调整报警触发温度；用热水杯靠近热敏电阻，观察蜂鸣器是否报警。
幻灯片 12：传感技术的发展趋势
更智能、更精准的未来
微型化与集成化：传感器体积更小，可集成到衣物、人体植入设备中（如智能穿戴设备）。
无线化与网络化：传感器通过无线网络传输数据，实现远程监测和智能互联（如物联网 IoT）。
多参数融合：单个传感器可同时检测多种信号（如同时测温度、湿度、甲醛浓度）。
柔性与可穿戴：采用柔性材料制作传感器，适合贴附在人体或不规则表面（如柔性电子皮肤）。
低功耗与自供能：利用太阳能、机械能等自主供电，延长使用寿命（如环境监测传感器）。
幻灯片 13：常见错误与注意事项
正确认识传感技术
误区一：认为传感器只能感知物理信号。
纠正：传感器不仅能感知物理信号（力、热、光），还能感知化学信号（物质成分）和生物信号（心率、血糖）。
误区二：混淆传感器与探测器的概念。
纠正：传感器是将非电信号转化为电信号的装置，探测器是利用传感器进行特定目标检测的设备（如烟雾探测器包含烟雾传感器）。
误区三：认为传感技术只是物理学的应用。
纠正：传感技术是跨学科领域，融合了物理、化学、生物、工程等多学科知识，例如生物传感器离不开生物学原理的支持。
幻灯片 14：课堂小结
核心知识点回顾
传感技术定义：将非电信号转化为电信号的技术，是信息采集的核心。
传感器组成：敏感元件、转换元件、信号处理电路，实现 “感知→转换→处理” 的流程。
常见传感器：基于物理原理（力、热、光、磁）、化学原理和生物原理的传感器。
跨学科应用：智能家居、环境监测、医疗健康等领域，融合多学科知识。
发展趋势：微型化、无线化、集成化，推动智能科技的进步。
幻灯片 15：课后任务
调研题：选择一种生活中的传感器（如手机中的传感器），查阅资料了解其工作原理和应用场景，撰写简短报告。
设计题：设计一个 “智能花盆”，思考需要哪些传感器，如何实现自动浇水功能，画出设计示意图。
思考题：传感技术在环境保护中能发挥哪些作用？结合具体传感器说明其工作原理。
幻灯片 16：结束页
知识拓展与呼吁
科技与生活：传感技术让世界变得 “可感知、可连接、可智能”，从家庭到全球，从健康到环境，都离不开它的支持。
未来展望：关注传感技术的发展，学习多学科知识，你也能成为未来智能科技的创造者！
2024教科版物理九年级上册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
8.3跨学科实践_传感技术
第八章 电磁相互作用及应用
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
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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必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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