12.6设计恒温电热杯 课件 2025-2026学年物理北师大版九年级上册

第十二章 欧姆定律 第六节 设计恒温电热杯 学习目标-新课导入-新知探究-课堂小结-课堂训练 北师版-物理-九年级上册 学习目标 1.认识敏感元件，为恒温电热杯的温度检测系统选择合适的元件。 2.利用电表设计恒温电热杯的温度显示系统。 3.制作恒温电热杯的电子测温装置。 4.设计恒温电热杯的控温工作流程。 【重点】认识敏感元件，为恒温电热杯的温度检测系统选择合适的元件。 【难点】设计恒温电热杯的控温工作流程。 新课导入 随着自动控温技术的不断发展，市面上出现了各种各样的电热水杯，给人们的日常生活带来了极大的便利。其中，恒温电热杯不仅有加热装置，还包括温度检测系统和温度控制系统，分别实现电子测温和自动控温的功能，其整体结构和功能如图所示。 请你设计一个恒温电热杯，实现既能给水加热，又能把水温保持在设定温度范围内的功能。 新知探究 任务一 认识敏感元件 敏感元件能敏锐地检测到某种物理、化学信息，通过一定的电路将其转变为电信号。在电子设备中采用敏感元件来感知外界的信息，可以达到比人类感觉器官更加准确、迅速的效果，从而为实现自动控制提供依据。敏感元件通常以其可检测的物理量来命名，如热敏、光敏、压敏、磁敏、气敏、湿敏元件等。 4 新知探究 查阅资料，了解常见敏感元件的性质，并思考：利用敏感元件的不同性质可以进行哪些设计？将调查结果填写在表中，与同学交流，并为电热杯的温度检测系统选择合适的敏感元件。 任务一 认识敏感元件 名 称 特 点 应用示例 压敏电阻 光敏电阻 热敏电阻 …… 敏感元件调查表 阻值随压力的变化而变化 限载报警器、身高体重测量仪等 阻值随光照射的强弱而改变 自动门装置、应急自动照明等 阻值随温度的变化而变化 电子温度计、恒温箱、电烤箱等 实践活动 5 新知探究 任务二 设计恒温电热杯的温度显示系统 热敏电阻能把温度变化转化成电阻值的变化，而电阻的变化可以引起电路中电压或电流的变化。因此可以通过电压或电流的变化，来显示热敏电阻所检测出的温度变化情况。 如图所示，电源两端的电压保持不变，一个定值电阻 R0与一个可变电阻R串联。闭合电路后，可变电阻两端的 电压随其接入电路的电阻值R的改变如何变化呢？你能推 导出电压表的示数与电阻值R的关系吗？ 6 新知探究 推导 电路中的电流为 电压表的示数等于R两端的电压，为 任务二 设计恒温电热杯的温度显示系统 将图中的可变电阻换成热敏电阻，电压值和电阻值一一对应，不同的电阻值又对应了不同的温度值，这样电压表的示数就可以直接显示出热敏电阻所感知的温度值了。 7 新知探究 1.查阅资料，了解你选择的热敏电阻阻值与温度的对应关系。 2.根据你选择的热敏电阻设计电子测温装置的输出显示系统，分别按下面的功能要求画出你设计的电路图： （1）用电压表作为输出显示器，且温度越高电压表示数越大； （2）用电流表作为输出显示器，且温度越高电流表示数越大。 实践活动 任务二 设计恒温电热杯的温度显示系统 8 新知探究 实际的电子测温装置要实现温度检测、温度数字化显示、语音提示、复位等功能，往往需要利用集成电路。我们可以制作一个简单的电子测温装置，利用电压表或电流表的示数显示所测量的温度值。 任务三 制作恒温电热杯的电子测温度装置 9 新知探究 任务三 制作恒温电热杯的电子测温度装置 设计电路时应根据水温的变化范围、所选用热敏电阻的参数，以及电表的量程等条件，确定电源和其他电路元件的参数，以实现对水温的测量。在你的设计中，电表的示数如何反映水温？可以按如图所示的流程设计电子测温装置，并完成制作。 实践活动 将你制作的电子测温装置在班级进行展示，并将电子测温装置的测量值和标准温度计的测量结果进行对照，评估测量的精度，和同学一起讨论如何进一步提高测量精度。 新知探究 具有自动控制功能产品的设计通常比较复杂，需要基于需求进行整体考虑，然后进行相应的硬件和软件设计。设计时可以先画出工作程序流程图，帮助我们厘清工作的逻辑。 任务四 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 程序流程图是用规定的符号描述一个程序中所需要的各项操作或判断的图示，用以说明程序的逻辑性与处理顺序。程序流程图一般有三种结构：顺序结构、判断结构和循环结构。顺序结构是简单的线性结构，按顺序执行。判断结构是对某个给定条件进行判断，条件为真 新知探究 或假时分别执行不同的内容。循环结构有两种基本形态，直到型（while）循环和当型（do-while）循环。直到型循环的执行序列为：当条件为真时，反复执行A，一旦条件为假，跳出循环，执行循环后的语句。当型循环执行序列为：首先执行A，再判断条件，条件为真时，一直循环执行A，一旦条件为假，结束循环，执行循环后的语句。 任务四 设计恒温电热杯的控温工作流程 程序流程图常见的标难符号如表12.6-2所示。 图12.6-5是汽车座椅安全带自动报警工作程序流程图。工作时，先判断车速，然后通过压敏电阻检测座位上是否有人，再判断其是否系好安全带，若没有系好安全带就自动报警。 科学窗 新知探究 任务四 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 比较适宜人饮用的热水的温度范围为40~45℃。请你设计一个恒温电热杯，要求能自动保温在40~45℃，实现随时都能喝到温度适宜的热水的功能。 请仿照图12.6-5，画出恒温电热杯的工作程序流程图，具体参数要求如下。 （1）当测温系统所测的温度低于40℃时，自动接通加热电路；当测温系统所测的温度高于45℃时，自动切断加热电路。’ （2）当测温系统所测的温度高于50℃时，若加热电路仍在工作，则启动自动报警电路。 实践活动 新知探究 任务四 设计恒温电热杯的控温工作流程 新知探究 将你设计的程序流程图在班级进行展示，从以下几方面评估你的设计方案，并和同学一起分析、论证你的方案，进一步优化你的设计。 （1）你的设计能否准确反映水的温度？ （2）你的设计能否按要求实现自动接通/切断加热电路？ 任务四 设计恒温电热杯的控温工作流程 实践活动 课堂小结 通过本节课你认识了敏感元件，并为恒温电热杯的温度检测系统选择了合适的元件。会利用电表设计恒温电热杯的温度显示系统。会制作恒温电热杯的电子测温装置，并能设计恒温电热杯的控温工作流程。 课堂训练 1.在图12.6-6所示的电路中，电源两端的电压恒为6V，R1与R2都是定值电阻。闭合开关S后，电流表的示数是0.2A，电压表的示数是4V。定值电阻R1、R2的阻值各是多大？ 解：由电路图可知，两电阻串联，电压表测R2两端的电 压，电流表测电路中的电流，因串联电路中总电压等于 各分电压之和，所以，R1两端的电压 U1=U-U2=6V-4V=2V 由 可得，两电阻的阻值分别为 2.为探究导体电阻随温度的变化情况，小明设计了图12.6-7所示的电路。图中电源两端的电压保持不变，R为定值电阻，Rt为热敏电阻，其阻值随温度的降低而增大。小明在连接好电路且闭合开关后做了以下实验：向Rt上擦一些常温的酒精，并用扇子对着Rt扇风，观察电表示数的变化情况系。他观察到的现象应该是（ ） A.电流表和电压表的示数均变小 B.电流表的示数变大，电压表的示数变小 C.电流表的示数变小，电压表的示数变大 D.电流泰和电压表的示数均变大 课堂训练 A 课堂训练 3.半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。现有一个利用某种半导体 材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的关系图像如图12.6-8 甲所示。某物理兴趣小组的同学利用这个热敏电阻设计了如图12.6-8 乙所示的电路，用来测量某一环境的温度，已知定值电阻R0=10Ω，电源两端的电压保持不变。 课堂训练 （1）当环境温度为20℃时，电流表的示数为0.2A， 求电源两端的电压U。 （2）当电流表的示数为0.4A时，热敏电阻所检测出的温度是多少? 解：由图乙可知，半导体电阻R与定值电阻R0串联，电流表测电路中的电流。 （1）由图甲可知，当环境温度为20℃时，半导体R的阻值R1=50Ω， 根据串联电路电阻规律可知，电路中的总电阻 R总=R1+R0=50Ω+10Ω=60Ω 根据欧姆定律可得电源电压 U=U总=I1R总=0.2A×60Ω=12V （2）当电流表的示数为0.4A时，根据欧姆定律可得此时电路中的总电阻 根据串联电路电阻规律可得此时半导体R的阻值 R2=R总′-R0=30Ω-10Ω=20Ω 由图甲可知，此时的环境温度为40℃。 课堂训练 4.调查常见的家用电器，如电饭煲、电熨斗、电冰箱、电磁炉等，了解除热敏电阻之外还有什么元件可以用来实现自动控温，以及它们是如何实现的。不同的用电器使用的温控元件不同，这与用电器的功能和特点有关吗? 答：电磁炉利用红外温度传感器用来实现自动控温。（答案不唯一） $$