传感器在物理教学上的应用
李冲
华清中学 710609
摘要:传感器在高中物理课堂教学中有着广泛的应用，可以使复杂问题简单化、形象化、直观化、实时化；传感器在生活实践、科技应用方面也有重要作用；利用传感器探究问题，有助于培养学生的学科素养、关键能力。
关键词: 传感器、图像、应用、课堂教学
正文:
能够把力、热、光、磁感应强度等非电学信号转变成电学信号的元件叫传感器（转成电路的通与断、电压、电流能电学物理量）。常见的传感器有：力传感器、温度传感器、光传感器、压强传感器、光电门传感器、磁传感器、位移传感器、声传感器、电压传感器、电流传感器、微电流传感器等等。不同的传感器的敏感元件不同，敏感元件常见的有：感应片、光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等等。传感器在生活中应用十分广泛，电饭锅、电磁炉、电熨斗、电脑等都离不开传感器。它能把抽象的非电学信号转化成电流、电压随时间变化的图像，非常的形象直观，所以在物理课堂教学中借助数字化实验室（DIS）利用传感器可以使实验达到事半功倍的效果。
一、传感器在物理教学中巧妙的应用案例。
1.捕捉瞬间变化：
应用案例一：力传感器在探究加速的的瞬时性问题中的应用
由牛顿第二定律可得，加速度与合外力瞬时对应。刚性绳模型和弹簧模型，在突然剪断等突变问题中求解剪断瞬间的瞬时加速度问题是高中学习的一个难点。常规教学中，教师从理论上来分析两种模型特点，即：刚性绳模型绳子形变量很小，能在瞬间发生突变；弹簧模型由于形变量相对比较大，在剪断瞬间来不及恢复形变，认为形变量不变，即弹簧弹力来不及变化。但这种理论分析很抽象，学生很难理解，但如果能借助于力传感器，直接通过电脑显示两种模型下力随时间变化的图像，学生就能根据图像直观的看到力是否能发生突变，从而突破了重点难点。
创设情境：用铁架台固定一力传感器，力传感器下分别悬挂弹簧和绳子如图A和图B。分别剪断绳2和绳4，借助与力传感器显示弹簧1与绳3上的弹力在剪断瞬间随t的变化图像。
曲线1表示剪断最下端的细绳后与上端细绳连接的物体受力的变化
曲线2表示剪断最下端细绳后与上端弹簧连接的物体受力的变化
由图像可以很清楚的看到曲线1即轻绳上的力在瞬间可以发生突变，曲线2即弹簧上的力在瞬间来不及变化，不能突变。形象直观，而且操作性很强。
操作技巧：弹簧选劲度系数较小的；挂的勾码数量要合适；固定好弹簧，防止弹簧滑落。
这个实验能充分的突出DIS实验能扑捉瞬间变化的数据的特点。在研究物体的超重与失重实验时，应用力传感器也能利用图像直观看到物体超重失重。
应用案例二：电流传感器在探究电容器的电容中的应用
电容器是储存电荷的元件，但不同的电容器储存电荷的本领不同，我们用电容来描述这种本领。那么电容如何来定义呢?我们可以借助电流传感器，探究在不同的电压下同一电容器的i-t图像。
由于i-t图像下包围的面积表示电容器所带的电荷量，我们就可以根据图像来研究电容器的电容。加在电容器两端的电压越大，图像包围的面积越大，当电压增大一倍时，根据图像，图形下包围的面积也增大一倍，即电荷量增加一倍，但电压与电荷量的比值保持不变，说明电容与电压和电荷量无关。这样借助于传感器学生能直关的找的规律，效果好。
3.科学职能，多情境探索
应用案例3：光传感器在探究动量守恒中的应用
我们在借助生活中的碰撞来验证动量守恒时，一般用的完全非弹性碰撞。碰撞类型很单一，不是很有说服力。如果在气垫导轨上借助与光传感器，就可以创设各种碰撞情景，借助于电脑计算出结果，这样既科学又简便，充分体现的传感器在物理教学中优势。
当然，传感器在物理课堂教学中的应用还十分广泛，比如力传感器在牛顿第三定律中的应用；光传感器在瞬时速度学习中的应用；力传感器在摩擦力教学中的应用；光传感器在机械能守恒教学中的应用等等。总之利用传感器做数字化实验能实时测量各种信号；能扑捉瞬间变化的数据；比传统的实验更精确；利用微电流传感器把难以测量和显示的微弱信号间接测量；都能把复杂的问题简单化，把抽象的问题形象化，起到了事半功倍的效果。所以教师在物理课堂教学中要大胆、恰当的使用传感器，让传感器真正的发挥它在教学中的优势。
二、利用传感器探究培养学科素养。
新课改下，一核四层四翼，给高中物理教学提供了科学指导，物理教师应该在实际教学中，创始情境载体，让学生在情境中自主探究、合作交流，培养科学思维、创新能力。而传感器的探索实践课，融合科技发展，能调动学生的探究兴趣，体验成功。
三、学科融合，传感器与通用技术和信息技术。
通用技术课必修2《技术与设计II》中“控制与设计”，选修模块《电子控制技术》用一章的内容来学习和认识传感器，这两个模块中大量涉及以利用传感器来设计制作的活动。物理课程与通用技术相融合，相互贯通，使学生有体系构建知识网络，培养思维。同时，应用信息技术服务物理教学，有机结合在传感器的应用中，电脑的更新和传感器的研发相适应，更好的服务教学使用。
参考文献：
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[2]刘茂军,刘惠莲,肖利. 基于数字化传感器开展物理实验教学的问题、方法与策略[J]. 物理教学探讨,2013,31(11):71-73.
