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

该初中物理课件以“设计蔬菜温室”跨学科实践为核心，涵盖温室结构设计（立柱承重比、材料隔热性）与温控系统原理（电磁继电器、热敏电阻特性），通过冬季蔬菜种植实际问题导入，连接力学、电学、热学知识，构建实践与理论结合的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与工程实践，通过立柱横截面承重比实验（模型建构）、温控系统电流电阻关系分析（科学推理）落实核心素养。评价表引导反思，培养学生解决实际问题的能力与社会责任，教师可借此深化跨学科教学，提升学生实践与思维能力。

跨学科实践　制作大棚环境控制 系统模型 初中物理 1.阅读短文,回答问题。 综合实践活动——设计蔬菜温室 【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜,请同学们 为学校的劳动基地设计一个蔬菜温室,要求温度控制在20~ 30 ℃之间。 【设计与实施】 任务一:设计温室结构。温室设计为玻璃顶的长方体结构,体 积为80 m3。由立柱和横梁支撑,墙体四周装有保温层。查阅 初中物理 资料获知,立柱的承重比γ指立柱能承受的最大质量与其质量 的比值,能反映承重效率,立柱横截面的形状是影响承重比的 重要因素之一,为研究它们之间的关系,利用塑料立柱模型进 行实验,发现在其他条件均相同时,横截面为正三角形、正四 边形、正五边形、正六边形模型的承重比关系是:γ三<γ四<γ五< γ六。 任务二:设计温控系统。温控系统原理如图甲,控制电路的电 源电压为6 V,电阻箱R0的阻值调为90 Ω,热敏电阻R1的阻值随 初中物理 温度的变化图像如图乙。当控制电路中的电流达到30 mA时, 衔铁被吸下;当电流降低到25 mA时,衔铁被弹回。已知工作 电路中电热丝R的电阻为22 Ω,浴霸灯L标有“220 V    275 W”字样。 初中物理  乙 【交流与评价】如表所示是任务二的部分评价指标,根据评 价表对活动进行评价。 初中物理 等级 优秀 良好 合格 不合格 评价 指标 能自动控制室温在规定范围 内波动,且降温较平缓 能自动控 制室温升 降,且降温 较平缓 不能控制 室温升降, 降温较平 缓 不能控制 室温升降, 也不能平 缓降温 初中物理 (1)关于设计蔬菜温室的实践活动,下列说法不正确的是____。 A.屋顶选用绿色玻璃不利于蔬菜生长 B.墙体选用隔热性能好的材料 C.图甲浴霸灯是为了降温时能平缓些 D.图甲中通电线圈上端是S极 (2)由模型实验可知,搭建温室选用_______(选填“三角形” “方形”或“圆形”)立柱的承重比大;已知模型的承重比为 γ,质量为m,受力面积为S,则其上表面所能承受的最大压强p= 　圆形              D _________。 初中物理 (3)电热丝通电5 min产生的热量使温室内气温升高5.5 ℃,则 空气吸收的热量为________J,电热丝对温室的加热效率为 _________%;电磁铁线圈的电阻忽略不计,电热丝刚停止工作 时,室温为________℃。[ρ空气取1.25 kg/m3,c空气取1.0×103 J/ ] (4)根据评价表中的指标对任务二进行评价,写出评价等级和 依据,进一步给出优化建议。     20         83.3         5.5×105     见解析 初中物理 解析    (1)蔬菜的叶子通常是绿色的,只反射绿光,若屋顶选用 绿色玻璃,绿色玻璃只透过绿光,会导致蔬菜无法获得所需要 的色光进行光合作用,不利于蔬菜生长,故A正确,不符合题意; 墙体选用隔热性能好的材料,可以减少蔬菜温室热量散失,使 蔬菜温室内的温度控制在一定范围内,故B正确,不符合题意; 由图甲得,当衔铁被吸下时,电阻丝不工作,浴霸灯工作,此时浴 霸灯可以向蔬菜温室内提供热量,可以使温度平缓下降,故C 正确,不符合题意;图甲中电流从线圈的上端流入,下端流出,由 右手螺旋定则得,通电线圈上端是N极,故D错误,符合题意。 初中物理 (2)由材料信息得,在其他条件均相同时,模型的横截面的边数 越多承重比越大,圆形可以看作无数条边构成的多边形,因此 由模型实验可知,搭建温室选用圆形立柱的承重比大。由立 柱的承重比γ指立柱能承受的最大质量与其质量的比值可知, 承重比γ= ,则质量为m的模型能承受的最大质量m承受=γm, 模型上表面所能承受的最大压力F大=G承受=m承受g=γmg,则模型 上表面所能承受的最大压强为p= = 。 初中物理 (3)由ρ= 得,蔬菜温室内空气的质量m空气=ρ空气 V=1.25 kg/m3× 80 m3=100 kg,空气吸收的热量为Q吸=c空气m空气Δt=1.0×103 J/ ×100 kg×5.5℃=5.5×105 J,电热丝通电5 min产生的热量  Q放=W工作=U工作I工作t= t= ×5×60 s=6.6×105 J,电热丝 对温室的加热效率为η= ×100%= ×100%≈83.3%, 依题意得,当控制电路中的电流达到30 mA时,衔铁被吸下,此 时电热丝刚停止工作,由欧姆定律可知,此时控制电路的总电 阻为R总小= = =200 Ω,由串联电路的电阻特点得, 此时热敏电阻R1的阻值R1小=R总小-R0=200 Ω-90 Ω=110 Ω,由图 初中物理 乙得,此时的室温为20 ℃。 (4)由题意知,当控制电路中的电流达到30 mA时,衔铁被吸下, 此时电热丝刚停止工作,当电流降低到25 mA时,衔铁被弹回, 此时电热丝开始工作,说明蔬菜温室能自动控制室温升降,电 热丝刚停止工作时,浴霸灯工作,使得降温较平缓。当电流降 低到25 mA时,由欧姆定律得,此时控制电路中的总电阻R总大=  = =240 Ω,由串联电路电阻特点得,此时热敏电 阻R1的阻值为R1大=R总大-R0=240 Ω-90 Ω=150 Ω,由图乙得,此时 初中物理 的室温约为13 ℃,即温度控制在13~20 ℃之间。由题意得,蔬 菜温室能自动控制温度升降,且降温较平缓,但温度只能在13~ 20℃之间,即不能自动控制室温在规定范围内波动,则所设计 的蔬菜温室等级为良好。为了使温度控制在20~30 ℃之间,应 适当提高温度,由图乙可知,热敏电阻的阻值随温度升高而减 小,因此应适当减小热敏电阻的阻值。由于电磁铁被吸下和弹 回的电流一定,由串联电路的电阻特点与欧姆定律得,可适当调大电阻箱R0接入电路的阻值,或适当减小控制电路的电源电压。 初中物理 $