第十六章 电和磁 跨学科实践 制作大棚环境控制系统模型 课件-2025-2026学年物理苏科版九年级下册

该初中物理课件聚焦电和磁中的电磁继电器及传感器应用，通过大棚环境控制实际问题（液面、湿度、二氧化碳浓度、温度）导入，将电路分析（串联/并联、欧姆定律）与电磁继电器控制结合，搭建从理论到实践的学习支架，帮助学生联系前期电路知识与实际系统设计。 其亮点是以大棚环境控制为真实情境开展跨学科实践，体现科学态度与责任。通过设计调试装置（如湿度控制用湿敏电阻结合欧姆定律推理，二氧化碳装置依评价表改进），培养科学探究与科学思维。学生在实践中提升解决问题能力，教师可借此实施项目式教学，提高教学实效。

第十六章 电和磁 跨学科实践 制作大棚环境控制系统模型 1 1. 如图所示的是某实践小组设计的液面高度控制电路，其中水槽中的两个金属片A、B可看成最简单的传感器，它与电磁继电器构成___________。电动机的作用是带动水泵向水槽中加营养液，则“液面高度控制”是指控制水槽中________的多少。 控制电路 营养液 跨学科实践 返回 2 电动机与指示灯的连接方式是________；当液面情况如图所示时，受控电路的________(选填“电动机”或“指示灯”)工作，此时电磁继电器________(选填“有”或“没有”)磁性；当液面高度到达金属片A时，受控电路的________(选填“电动机”或“指示灯”)工作。(6分) 并联 电动机 没有 指示灯 跨学科实践 返回 3 2. 科技小组的同学为蔬菜大棚设计了一个自动喷雾系统，其简化电路如图甲所示。喷雾系统用于调节空气相对湿度，其控制电路中的电源电压为12 V且保持不变，定值电阻R0的阻值为250Ω,R为装在探头上的湿敏电阻，其阻值随相对湿度φ(空气中含有水蒸气的百分比)变化的图像如图乙所示。当控制电路中的电流增大到40 mA时，继电器的衔铁被吸合；当控制电路中的电流减小到30 mA时，衔铁被释放。试问：(4分) 跨学科实践 返回 4 (1)随着蔬菜大棚内空气相对湿度减小，控制电路中的电流________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)蔬菜大棚里的相对湿度最大值是________。 (3)若喷雾系统失效，蔬菜大棚里的相对湿度为20%时，定值电阻R0的功率是________W。 变小 70% 0. 1 跨学科实践 返回 5 (4)在不改变电源电压的情况下，若要增大蔬菜大棚里的相对湿度，请写出一种简便可行的方法：_______________________________________________。 将定值电阻R0换成阻值更大的定值电阻(合理即可) 跨学科实践 返回 6 3. 大棚内一天中二氧化碳的浓度变化很大，蔬菜最适宜生长的二氧化碳浓度一般为0. 12%～0. 18%，某小组设计一款二氧化碳自动补充装置，并制定了如下评价表。(5分) 评价指标 合格 不合格 指标一：CO2浓度仪刻度 刻度均匀 刻度不均匀 指标二：大棚内CO2浓度调节 浓度可多挡调节 浓度不可多挡调节 跨学科实践 返回 7 设计产品：如图所示的是项目组设计的二氧化碳自动补充装置原理模型图，左侧为控制电路，右侧受控电路为二氧化碳供给装置。其中电源电压U为12 V，定值电阻R0阻值为30 Ω，Rx是气敏电阻，其阻值与二氧化碳浓度的关系如表所示。二氧化碳浓度仪是由电流表改装的，并在电流表的表盘上标注对应的二氧化碳浓度。 跨学科实践 返回 8 工作原理：当电流大于或等于0. 3 A时，衔铁被吸下，密封塞堵住B口；当电流表示数小于或等于0. 24 A时，衔铁被释放。 大棚中CO2 浓度/% 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 气敏电阻Rx 的阻值/Ω 40 35 30 25 20 15 10 跨学科实践 返回 9 (1)气敏电阻阻值和二氧化碳浓度的关系是__________________ ___________________________________________________。 气敏电阻阻值随着二氧化碳浓度的增大而减小 跨学科实践 返回 10 (2)调试产品：结合工作原理，请通过计算说明棚内二氧化碳浓度是否符合要求。 跨学科实践 返回 11 跨学科实践 返回 12 (3)评价产品：根据指标二，该自动补充装置被评为________；若不合格请提出一种改进方法使指标达到合格：_______________________________________________________________________________________________________。 不合格 把定值电阻R0换成滑动变阻器，改变滑动变阻器接入电路的阻值，可以改变二氧化碳浓度的调节范围(合理即可) 跨学科实践 返回 13 4. 寒假期间学校组织开展社会实践活动，带领同学们参观镇上的蔬菜大棚。回来后同学们对大棚的控温系统很感兴趣，于是成立了兴趣小组，开展了制作“控温系统”的项目化学习活动。(6分) 【项目分解】 (1)设计控制电路　 (2)设计高温断电系统 (3)优化高温断电系统 跨学科实践 返回 14 【项目实施】 (1)设计控制电路 他们的设计电路图如图甲所示，电源电压6 V保持不变，R1＝20 Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为50 Ω。图中电磁铁工作原理是利用了电流的________。闭合开关S1，调节滑动变阻器滑片，当电流表示数为0. 2 A时，衔铁被 电磁铁吸下来，此时R2连入电路的阻值为 ________Ω。 磁效应 10 跨学科实践 返回 15 (2)设计高温断电系统 他们的设计电路图如图乙所示，加热电阻R3＝22 Ω，当控制电路中的电流小于0. 2 A时，加热电阻R3工作1 min产生的热量为____________J。 1. 32×105 跨学科实践 返回 16 (3)优化高温断电系统 为了实现自动控制高温断电。 同学们找来一个热敏电阻R4替换R2，热敏电阻阻值随温度变化曲线如图丙，由图丙可知，当温度达到________℃时，电磁铁自动切断加热电路。 30 跨学科实践 返回 17 【项目拓展】 随后同学们拿着设计好的电路咨询老师，老师告诉他们，大棚中的温度控制电路不仅能控制温度过热，还能控制温度不能过低。于是，他们在老师的帮助下又对电路进行了改进，在温度低于15 ℃时加热，在温度高于30 ℃时自 动停止加热，排风扇工作，通风散热，电 路图如图丁所示，其中Ra和Rb为热敏电阻。 跨学科实践 返回 18 在图戊中①是________(选填“Ra”或“Rb”)的图像，当温度低于30 ℃时，La、Lb两电磁铁磁性较强的是________。 Ra Lb 跨学科实践 返回 19 解：由图可知，控制电路中两电阻串联接入电路，当通过电路的电流为0. 24 A时，电路的总电阻R＝＝＝50 Ω 则气敏电阻Rx的阻值Rx＝R－R0＝50 Ω－30 Ω＝20 Ω 由表中数据可知，此时大棚中CO2浓度为0. 2%，当通过电路的电流为0. 3 A时，电路的总电阻R′＝＝＝40 Ω 则气敏电阻Rx的阻值Rx′＝R′－R0＝40 Ω－30 Ω＝10 Ω 由表中数据可知，此时大棚中CO2浓度为0. 3%，故自动补充装置能调节大棚内CO2浓度范围为0. 2%～0. 3%，而蔬菜最适宜生长的二氧化碳浓度一般为0. 12%～0. 18%，故棚内二氧化碳浓度不符合要求 $