第十六章 跨学科实践 设计家庭养花自动浇水装置 课件-2025-2026学年沪粤版物理九年级下学期

该初中物理课件围绕“设计家庭养花自动浇水装置”跨学科实践，核心涉及电磁铁、滑动变阻器、湿敏电阻等知识点。通过“外出旅游花草缺水”生活情境导入，以项目分析（湿度传感器-继电器-水泵工作流程）为框架，任务一（基础电路设计）、二（自动控制优化）、三（参数调试）逐步递进，构建从简单电路到智能控制的学习支架。 其亮点在于以真实问题驱动科学探究，融合科学思维（如控制电路模型建构、湿敏电阻阻值与电流关系推理）与科学态度（安全操作规范、太阳能供电改进设想）。例如任务二通过分析湿敏电阻变化对电磁铁吸合电流的影响，培养科学推理能力；展示交流中的环保改进体现社会责任。助力学生提升实践创新能力，为教师提供跨学科落实核心素养的优质案例。

第十六章 电磁铁与自动控制 跨学科实践 设计家庭养花自动浇水装置 导入新课 绿色植物让我们的家充满生机与活力,它们是我们家庭的一分子。但是,生活中我们常常会遇到这样的尴尬:全家计划了一次期待已久的旅行,或者面临期末考试周,无暇顾及其他,我们心爱的花草该怎么办?当我们外出三天、一周甚至更长时间,如何保证我们的‘绿色伙伴’不会因为缺水而枯萎? 探究新知 项目提出 随着人们生活水平的提高,养花逐渐成为人们绿色生活的一部分。花不仅有较高的欣赏价值,还可以净化空气。但是,若全家外出旅游一段时间时,如何按时给花浇水?某小组开展了“设计自动浇花装置”的活动。 项目分析 湿度传感器采集花盆湿度信号传到信息处理器;信息处理器根据不同花草对湿度的需求调节湿度信号;信息处理器将采集到的湿度信号传到继电器;继电器通过湿度信号控制水泵的通与断,当花盆内土壤湿度较低时水泵接通,花盆内土壤湿度较高时水泵断开,从而达到对花草自动浇水的目的。 根据方案,选择合适的元器件和材料进行制作和安装,并调试湿度传感器和继电器,使之协调工作,且能根据花盆中水的含量需求,定时、定量地自动浇水。 项目实施 任务一:设计浇花装置 小组同学将小型水泵接入图甲所示的电路,闭合开关,水泵开始工作,将水箱中的水输送到花盆中,实现浇花的目的。若要使水泵输送的水流大小可调节,可在电路中串联一个____________。 滑动变阻器 任务二:优化浇水装置 小华同学希望增加根据土壤湿度自动浇水的功能,把土壤湿度传感器插入土壤中，如图乙,并设计了图丙所示的控制电路。控制电路电压恒为12V, 为湿敏电阻。当土壤湿度低于设定值时, 阻值减小,使得通过电磁铁线圈的电流I≥30mA,衔铁被吸下,水 水泵启动;当湿度达标后,会使电流I<30 mA,衔铁弹回,指示灯L亮。 任务三:调试浇水装置 若要求当土壤湿度为20%(此时=120Ω)时启动水泵,则滑动变阻器的阻值应调节为_____Ω;若希望在土壤湿度更高时(如25%)就开始浇水,滑动变阻器的滑片应向____ (选填“左”或“右”)调节。 280 左 展示交流 将完成的系统安装在家中使用。使用后,就制作成本、使用效果及进一步改进等方面与同学交流。 1.在制作或使用过程中应注意的事项: (1)所有电路连接必须在断电情况下进行,防止短路烧毁元件。 (2)水泵不能长时间空转(无水运行),以免损坏电机。 (3)注意电源的电压与电流必须与水泵和工作模块的要求匹配。 2.交流评价: 将制作好的自动浇花装置接入盆栽进行测试,观察其能否在土壤变干时自动启动浇水。如果要提升装置的适用性,可行的改进方法:________________ ______________________________________________________________________________________ 增加一个时钟模块，使其能够在特定时间段内才执行浇水任务,避免夜间浇水。(写一条即可) 3.进一步改进设想: 增加多功能性:加入温度传感器,监测环境温度,在低温时减少浇水频率。优化供水:采用滴灌系统代替直接喷淋,更节水,并能同时照顾多盆植物。 解决氧化问题:定期清洁传感器探针,或购买带有防氧化镀层的传感器。 增加太阳能供电:加入太阳能电池板和小型蓄电池,使系统完全能源自给，更适合阳台使用。 完成学生用书对应课时练习 作业布置 $