第9章超声波传感器及应用S教学教案
《主题三 第二节 超声波的应用》教学设计教学反思
《超声波的应用》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解超声波的基本概念和特性。
2. 掌握超声波在日常生活和工业生产中的应用。
3. 培养观察、分析和解决问题的能力。
二、教学重难点1. 教学重点：超声波在医学诊断、清洗、焊接、测距等领域的应用。
2. 教学难点：理解超声波的传播特性及其在各种应用中的原理。
三、教学准备1. 准备教学用具：黑板、白板、投影仪、超声波演示器等。
2. 准备教学视频：展示超声波在不同领域的应用。
3. 准备实例：搜集超声波在日常生活和工业生产中的实际应用案例。
4. 布置预习：学生自行了解超声波的基本概念和特性。
四、教学过程：本节教学包括实验探究、观察视频、介绍实例、自主探索和思考练习等环节。
（一）导入新课1. 简单介绍什么是超声波及其特点和应用。
2. 引出超声波在生活中的应用实例，激发学生的兴趣。
（二）实验探究1. 介绍实验仪器，如何使用。
2. 详细讲解实验步骤，引导学生动手操作。
3. 观察实验现象，讨论总结实验结论。
（三）观察视频1. 播放关于超声波应用的视频，如清洗牙齿、无损探伤等。
2. 结合视频，讲解超声波的应用原理和特点。
3. 引导学生思考，超声波的应用有哪些局限性？（四）介绍实例1. 介绍超声波在医疗、工业、农业、军事等领域的应用。
2. 结合实例，讲解超声波的特点和优势。
3. 引导学生思考，如何将超声波应用到自己的生活中？（五）自主探索和思考练习1. 布置一些与超声波应用相关的思考题，让学生自主探索。
2. 针对本节课的内容，设计一些练习题，帮助学生巩固知识。
3. 鼓励学生提出自己对超声波应用的疑问和想法，共同讨论解答。
（六）小结1. 总结本节课的重点内容，强调超声波的特点和应用。
2. 鼓励学生发现生活中更多的超声波应用，拓展知识面。
（七）作业布置1. 要求学生通过网络、书籍等途径，搜集更多超声波的应用案例，下节课与同学分享。
2. 思考如何将超声波应用到自己的生活中，并提出具体的实施方案。
传感器原理与应用技术全书电子教案.
传感器原理与应用技术全书电子教案.一、教学内容1. 传感器概述传感器的定义、分类与作用传感器的发展与应用领域2. 传感器的基本原理传感器的工作原理与性能指标传感器的误差分析及补偿方法3. 常见传感器及其应用电阻式传感器电容式传感器电感式传感器磁电式传感器光电式传感器超声波传感器二、教学目标1. 掌握传感器的基本概念、分类、工作原理及性能指标。
2. 学会分析传感器的误差来源，了解误差补偿方法。
3. 能够运用常见传感器解决实际问题，提高实际操作能力。
三、教学难点与重点1. 教学难点：传感器的工作原理及性能指标传感器的误差分析及补偿方法2. 教学重点：常见传感器及其应用传感器在实际工程中的应用案例分析四、教具与学具准备1. 教具：传感器原理与应用技术教材PPT课件实验设备：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、超声波传感器2. 学具：笔记本、文具实验报告册五、教学过程1. 导入：通过展示传感器在日常生活中的应用实例，引发学生兴趣，引入本节课的主题。
2. 理论讲解：（1）传感器概述（2）传感器的基本原理（3）常见传感器及其应用3. 实践环节：（1）分组讨论：针对不同类型的传感器，讨论其工作原理、性能指标及误差来源。
（2）实验操作：每组选取一种传感器，进行实际操作，观察传感器性能，分析实验数据。
4. 例题讲解：选取典型例题，讲解传感器在实际工程中的应用。
5. 随堂练习：布置与课程内容相关的练习题，检验学生对知识点的掌握。
六、板书设计1. 传感器概述2. 传感器的基本原理3. 常见传感器及其应用4. 传感器误差分析及补偿方法5. 传感器在实际工程中的应用案例七、作业设计1. 作业题目：（1）简述传感器的定义、分类与作用。
（2）分析常见传感器的误差来源，并提出相应的补偿方法。
（3）结合实际案例，阐述传感器在现代工程技术中的应用。
2. 答案：（1）传感器的定义、分类与作用：见教材P13。
超声波传感器测距探究教案 综合实践七年级
《超声波传感器测距探究》一、教学分析1、项目分析我校学生通过问卷调查，发现“坐姿前倾、近距离用眼”是造成近视的主要成因之一，因此学生提出创意。
经过展评，学生选取了具可操作性的创意项目——《制作能测距会报警的坐姿纠正器》，开展本次综合实践活动。
活动过程分为发现问题、分析需求、设计模型、技术探究、作品验证、改进完善６个阶段。
本课的内容是《超声波传感器测距探究》，在项目中处于技术探究阶段，也是技术探究重点。
2、学情分析在知识技能方面，学习本课前，学生已有初步体验了用AS-block软件编程设计ＬＥＤ灯闪烁信号、蜂鸣信号。
但面对陌生的超声波传感器，隐性的超声波反射路径问题，需要寻求帮助。
在情感方面，对创客工具本身的好奇心刚刚建立，需要特定情境来激发持续的学习兴趣。
在认知能力方面，学生一般能从坐姿现象中发现问题，但分析问题比较片面，探究能力也存在个体差异，需要同伴互助。
3、教学目标知识与技能1、学会连接超声波传感器到ARDUINO板对应端口，学会观察测量结果；2、能说出超声波无效反射路径对测量结果的影响及改进措施；3、学会应用AS-block的”如果……那么……否则……”模块编程过程与方法１、养成利用信息技术平台进行自主学习的习惯；２、在测距实验及成果展示中体验合作学习的优势；３、在发现问题—分析问题—解决问题的过程中，学会探究学习；情感与价值观1、增强健康的坐姿意识；2、建立合作、探究、分享的意识。
4、教学重点1、超声波传感器连接方法及测量结果观察方法。
2、用”如果……那么……否则……”模块编写程序，启动信号，提醒坐姿；5、教学难点本课的难点是：隐性的超声波无效反射路径对测量结果的影响及改进措施。
二、教学策略教法：情境教学法、任务驱动法学法：自主学习法、小组合作法、探究学习法。
分组方式：三人一组（或两人一组），强弱搭配。
教学准备：learnsite信息技术学习平台、调查报告、微课（连接图、程序图、微视频）、教育云平台中的计时、积分工具四、教学评价1、小组活动自评表小组活动自评表自评人：2、成果展示互评表成果互评表3、探究素养师评价工具此评价由教师点赞，科代表在教育云平台互动课堂工具——小组积分记录，实时呈现结果。
八年级《超声波及其应用》教案、教学设计
-设想：针对基础薄弱的学生，提供易懂的辅导资料，加强课后辅导；对于基础较好的学生，适当增加拓展性学习任务，提高其学术素养。
四、教学内容与过程
（一）导入新课，500字
1.教师以生活中常见的超声波应用实例作为导入，如B超、声呐等，引导学生思考这些技术背后的原理。
2.利用多媒体资源，如动画、图片等，直观地展示超声波的传播特性和发射接收原理，降低学习难度。
-设想：通过动画演示超声波的传播过程，让学生直观地了解其方向性好、穿透力强等特点。
3.创设互动环节，组织学生分组讨论超声波在实际生活中的应用，培养学生的合作意识和问题解决能力。
-设想：让学生分组探讨超声波在医疗、工业检测等领域的应用，分享各组的学习成果。
-描述实验步骤，明确每一步的操作方法和目的。
-记录实验结果，分析实验现象，总结实验结论。
4.拓展研究：调查超声波在其他领域的应用，如工业、医疗、军事等，并撰写一篇300字左右的调查报告。
5.思考题：结合超声波的应用，思考如何将超声波技术应用于日常生活中，以提高生活质量或解决实际问题。
作业要求：
1.作业应在规定的时间内完成，确保质量。
-选择题：涉及超声波应用的相关问题，让学生选择正确答案。
-填空题：补充完整超声波相关概念、原理等。
3.学生完成练习题，教师及时批改并给予反馈。
（五）总结归纳，500字
1.教师带领学生回顾本节课所学内容，总结超声波的定义、传播特性、发射接收原理及实际应用。
2.强调超声波技术在生活中的重要性，激发学生对科学技术的热爱。
3.鼓励学生在课后继续探索超声波在其他领域的应用，培养学生的自主学习能力。
9-波式传感器
J J 0e
9.3 核辐射传感器
2.核辐射
放射性同位索在衰变过程中放出一种特殊的带有一定能量的粒子或射线， 这种现象称为“核辐射”。放出的射线有 、 、 三种射线。 通常用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称为放射性 强度。
I I 0 e t
9.3 核辐射传感器
9.3.2 组成及防护
3.微波湿度传感器 水分子是极性分子，在常态下形成偶极子杂乱无章地分布 着。当有外电场作用时，偶极子将形成定向排列。在微
波场作用下，偶极子不断地从电场中获得能量 ( 这是一
个储能的过程 ) ，表现为微波信号的相移；又不断地释 放能量(这是一个放能的过程)，表现为微波的衰减。
9.4 微波传感器
4.微波无损检测
第9章 波式和射线式传感器
9.1 红外传感器 9.2 超声波传感器
9.3 核辐射传感器
9.4 微波传感器
9.1 红外传感器
9.1.1 物理基础 红外线也称红外光或红外辐射，是位于可见光中红光以外的光线，故称为 红外线。它是一种人眼看不见的电磁波，它的波长范围大致在 0.75 ~ 1000m 红外光的最大特点是具有光热效应，能辐射热量，它是光谱中最大光热效 应区。红外辐射本质上是一种热辐射，自然界中的任何物体，只要其本身 温度高于绝对零度，就会向外部空间不断地辐射红外线。
9.4 微波传感器
2.组成
微波发生器(或称微波振荡器)、微波天线及微波检测器。 (1)微波发生器 由于微波波长很短、频率很高 300 MHz ~ 300GHz ，微波需要用波导管传输。 (2)微波天线 用于将经振荡器产生的微波信号发射出去的装置。 (3)微波检测器 用于探测微波信号的装置。较低频率下的半导体PN结元件、较高频率下的隧 道结元件
超声波传感器测距的教案
超声波传感器测距的教案教案一课题：超声波传感器测距教学目标：1. 让学生理解超声波传感器的工作原理和应用。
2. 学生能够掌握超声波传感器测距的方法和步骤。
3. 通过实验探究，培养学生的科学思维和实践能力。
4. 激发学生对科学技术的兴趣和探索精神。
教学重点与难点：- 教学重点：超声波传感器的工作原理和测距方法。
- 教学难点：理解超声波传播过程中的时间与距离的关系。
教学方法：实验探究法、小组合作法教学过程：一、导入新课展示一些利用超声波传感器的实际应用场景，如倒车雷达、自动门等，引导学生思考超声波是如何实现测距功能的。
二、新课讲授1. 讲解超声波的特性，如方向性好、穿透力强等。
2. 引出超声波传感器，结合实物介绍其结构和组成部分。
3. 阐述超声波传感器测距的原理：通过发射超声波并接收反射波，根据时间差计算距离。
三、实验探究1. 分组进行实验，每组一套超声波传感器实验装置。
2. 教师指导学生进行实验操作，包括连接电路、设置参数等。
对话示例：师：“同学们，现在大家开始分组进行实验，先检查一下实验装置是否齐全，然后按照步骤进行操作。
”生：“好的，老师。
”师：“在连接电路的时候要注意正负极哦，有不明白的随时问老师。
”3. 记录实验数据，如发射和接收的时间差。
四、数据分析与讨论1. 各小组汇报实验数据。
2. 共同分析数据，探讨影响测距精度的因素。
对话示例：师：“请各个小组把你们的实验数据分享一下。
”生：“我们这组测了几个不同距离的数据……”师：“大家一起来分析一下这些数据，看看能发现什么问题。
”五、知识拓展介绍超声波传感器在其他领域的应用，如工业自动化、医疗等。
六、总结归纳1. 回顾本节课的重点内容：超声波传感器的原理和测距方法。
2. 强调实验过程中的注意事项和科学态度。
教材分析：本节课的内容紧密结合实际应用，通过对超声波传感器的学习，使学生了解现代科技在日常生活中的应用。
教材内容循序渐进，从超声波的基本特性到传感器的工作原理，再到具体的测距方法，有利于学生逐步掌握知识。
超声波传感器课稿课件
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
高三物理下册《传感器及其应用》教案、教学设计
-针对不同学生的学习需求，制定不同层次的教学目标，使每位学生都能在原有基础上得到提高。
-教师在教学中关注学生的个体差异，及时给予反馈和指导，提高教学质量。
5.设想五：开展多元化评价，激发学生的学习动力
-结合过程性评价和终结性评价，全面评估学生的学习效果，关注学生在学习过程中的表现。
-鼓励学生自我评价和相互评价，培养学生的自主学习能力和批判性思维。
-邀请学生分享学习心得，总结自己在学习过程中的收获和不足。
2.教师点评：针对学生的总结，教师给予点评，强调重点知识点，纠正学生后的学习中继续努力。
-提醒学生关注传感器技术的发展动态，培养他们的科学素养和创新能力。
五、作业布置
为了巩固学生对传感器及其应用的知识，培养他们的实践操作能力和创新意识，特布置以下作业：
（三）学生小组讨论
1.教学活动设计：将学生分成小组，针对传感器的应用场景和误差分析进行讨论。
-每组选择一个特定的传感器应用场景，分析该场景下传感器的选型、使用和误差来源。
-学生之间相互交流、分享观点，形成小组共识。
2.教师指导：在各小组讨论过程中，教师给予适当的指导和启发，引导学生深入思考。
-帮助学生明确讨论的方向，确保讨论内容与教学目标相符。
2.基本概念：介绍传感器的定义、分类和基本工作原理，让学生对传感器有初步的认识。
3.课堂讲解：结合教材，详细讲解各类传感器的特点、应用场景及工作原理。
4.实践操作：组织学生进行实验，学会使用常见传感器进行物理量的测量，分析测量结果的准确性、可靠性和误差来源。
5.小组讨论：分组讨论传感器在现实生活中的应用，分享学习心得，提高合作能力和解决问题的能力。
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波的反射和折射
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（1）反射定律
入射角 的正弦与反射角'的正弦之比等于波
速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速
相等时，入射角 等于反射角'。
（2）折射定律
入射角 的正弦与折射角的正弦之比等于超 声波在入射波所处介质的波速c1与在折射波中 介质的波速c2之比，即
第9章超声波传感器及应用
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1
引言
超声波技术是一门以物理、电子、机械及材料 学为基础的，各行各业都使用的通用技术之一。 它是通过超声波产生、传播以及接收这个物理 过程来完成的。超声波在液体、固体中衰减很 小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超 声波能穿透几十米的厚度。当超声波从一种介 质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的 传播速度不同，在介质面上会产生反射、折射 和波型转换等现象。超声波的这些特性使它在 检测技术中获得了广泛的应用，如超声波无损 探伤、厚度测量、流速测量、超声显微镜及超 声成像等。
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密度 ρ(103kg·m-
1)
声阻抗 Z（
103MPa·s 1）
纵波声速 cL（km/ s
）
横波声速 cs（km/s）
7.8
46
5.9
3.23
2.7
17
6.32
3.08
8.9
42
4.7
2.05
1.18
3.2
2.73
1.43
1.26
2.4
1.92
—
1.0
1.48
1.48
—
0.9
1.28
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6
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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3.超声波
蝙蝠
能发出和 听见超声 波。
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超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中 的特点。
超声波加湿器
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超声波雾化器
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声波的波型
（1）纵波—质点振动方向与波的传播方 向一致的波。
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2
主要章节
9.1超声波及其物理性质 9.2超声波探头及耦合技术 9.3超声波传感器的应用
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3
声波频率的界限划分
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声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到， 但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人 的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。
1.4
—
0.0013
0.0004
0.34
—
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（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，
即
λ f =c
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（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角 度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心 轴线上，超声波最强，且随着扩散角度 的增大而减小。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
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指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ
之间的关系为
sinθ= 1.22λ/D
设超声源的直径D=20mm，射入钢板的
超声波（纵波）频率为5MHz，则根据
式（可得θ=4o，可见该超声波的指向性
是十分尖锐的。
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3.超声波的反射和折射
超声波从一种介质传播到另一介质，在 两个介质的分界面上一部分能量被反射 回原介质，叫做反射波，另一部分透射 过界面，在另一种介质内部继续传播， 则叫做折射波。这样的两种情况分别称 之为声波的反射和折射，
用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电
荷和20电20/9压/19。
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1.单晶直探头
用于固体介质的单晶直探头（俗称直探 头），压电晶片采用PZT压电陶瓷材料 制作，外壳用金属制作，保护膜用于防 止压电晶片磨损。保护膜可以用三氧化 二铝（钢玉）、碳化硼等硬度很高的耐 磨材料制作。阻尼吸收块用于吸收压电 晶片背面的超声脉冲能量，防止杂乱反 射波产生，提高分辨力。阻尼吸收块用 钨粉、环氧树脂等浇注。
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表面波
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2.声速、波长与指向性
（1）声速 纵波、横波及表面波的传播速度取决于
介质的弹性系数、介质的密度以及声阻 抗。
介质的声阻抗Z等于介质的密度ρ和声速 c的乘积，即
Z=ρc
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常用材料的密度、声阻抗与声速 （环境温度为0℃）
材料
钢 铝 铜 有机玻璃 甘油 水（20℃） 油 空气
（2）横波—质点振动方向垂直于传播方 向的波。
（3）表面波—质点的振动介于横波与纵 波之间，沿着表面传播的波。
横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播，表 面波随深度增加衰减很快。为了测量各种状态下的物理量，多采
用纵波。2020/9/19
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横波
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9.2超声波探头及耦合技术
为了以超声波作为检测手段，必须产生 超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器， 习惯上称为超声波换能器，或超声波探 头。
超声波发射探头发出的超声波脉冲在介 质中传到其介面经过反射后，再返回到 接收探头，这就是超声波测距原理。
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9.2.1 超声波探头
工作原理：压电式、磁致伸缩式、电磁 式
其结构不同，超声波探头又分为直探头、 斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探 头、冲水探头、水浸探头、空气传导探 头以及其他专用探头等，
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各种超声波探头
参考常州市常超检测设备有限公司资料）
（以下
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
sin / sin = c1 / c2
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4.超声波的衰减
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加， 能量逐渐衰减，其衰减的程度与超声波的扩散、 散射及吸收等因素有关。
超声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声 波的扩散、散射和吸收，在理想介质中，声波 的衰减仅来自于声波的扩散，即随声波传播距 离增加而引起声能的减弱。散射衰减是固体介 质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声 波散射。吸收衰减是由介质的导热性、粘滞性 及弹性滞后造成的，介质吸收声能并转换为热 能。
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
保护膜
外壳用金属制 作，保护膜用硬度 很高的耐磨材料制 作，防止压电晶片 磨损。
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接插件
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超声波探头中的压电陶瓷芯片
将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用
逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振
动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利