第12章 第6节 设计恒温电热杯-【木牍中考】2026-2027学年九年级上册物理同步教学优质课件（北师大版·新教材）

12.6 设计恒温电热杯 ※ 建议使用WPS2019以上版本打开 木牍中考-教学设计中心 制作 物理 BS 九年级上册 目 录 导入新课 01 讲授新课 02 习题解析 03 课堂小结 04 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，能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下： 检测、显示温度 启动或停止加热 温度检测系统 温度控制系统 连接 导入新课 任务分解 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。 讲授新课 认识敏感元件 功能： 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。 敏感元件 作用： 电子设备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。 种类： 热敏、光敏、压敏、磁敏、气敏、湿敏等 讲授新课 认识敏感元件 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，并为恒温电热杯的温度检测系统选择合适的敏感元件。 名 称 特 点 应用实例 压敏电阻 光敏电阻 热敏电阻 气敏电阻 湿敏电阻 …… …… …… 电阻随压力的变化而变化 电子秤等 电阻随光照强度的变化而变化 光电计数器等 电阻随温度的变化而变化 电子体温计等 电阻随某种气体浓度的变化而变化 酒精测试仪等 电阻随环境湿度的变化而变化 电子秤等 讲授新课 认识敏感元件 科学窗 热敏电阻的种类和特性 热敏电阻的种类 ——按电阻随温度变化的特点分类 正温度系数热敏电阻（PTC） 温度越高，电阻值越大 负温度系数热敏电阻（NTC） 温度越高，电阻值越小 讲授新课 认识敏感元件 科学窗 热敏电阻的种类和特性 热敏电阻的种类 ——按电阻的材料分类 半导体热敏电阻 金属热敏电阻 合金热敏电阻 讲授新课 认识敏感元件 科学窗 热敏电阻的种类和特性 热敏电阻的特性 高质量的热敏电阻具有感知温度范围大、灵敏度高、变化性好等优点，感知温度的范围可从-60℃到300℃，能检测出微小的温度变化。热敏电阻的体积非常小，用它制作的温度计不仅测温相应快而且可以用于测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度。 热敏电阻 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 温度显示的原理 温度 变化 热敏电阻 转化为 电阻值 变化 直接导致 电流、电压 变化 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 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 温度显示方案的设计 可变电阻的电阻变大时 串联电路的总电阻变_____ 电路中电流变_____ 可变电阻 R 两端的电压变______ 大 小 大 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 温度显示方案的设计 可变电阻的电阻变小时 串联电路的总电阻变_____ 电路中电流变_____ 可变电阻 R 两端的电压变______ 小 大 小 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 温度显示方案的设计 将可变电阻换成热敏电阻，电压值和电阻值一一对应，不同的电阻值对应不同的温度，这样通过电压表的示数就可以直接得出热敏电阻所感知的温度值了。 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 1. 查阅资料，了解你所选择的热敏电阻阻值与温度的对应关系。 为了研究方便，在后续实践中，我们将同一对负温度系数热敏电阻（NTC）进行研究。 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 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。 温度升高时，热敏电阻阻值变______ 根据电路的等效电阻可知，电路的总电阻变小 定值电阻 R0 两端电压变______ 热敏电阻 Rx 两端电压变______ 小 大 小 讲授新课 设计恒温电热杯的温度显示系统 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 （2）用电流表作为输出显示器，且温度越高电压表示数越大。 温度升高时，热敏电阻阻值变______ 根据电路的等效电阻可知，电路的总电阻变小 电路中电流变_____ 小 大 讲授新课 制作恒温电热杯的电子测温装置 电子测温装置的功能 温度检测 温度数字化显示 语音提示 复位 …… 集成电路 讲授新课 制作恒温电热杯的电子测温装置 电子测温装置的流程设计 选择电学元件，了解各元件的功能和参数 明确需求，画出电路图 确定各元件的连接方式，连接电路 确定电表的示数与温度的关系 用标准温度计进行校准，划分刻度 讲授新课 制作恒温电热杯的电子测温装置 电子测温装置的制作 明确需求，画出电路图 选择电学元件，了解各元件的功能和参数 电源，NTC热敏电阻，单刀双掷开关，已知阻值的定值电阻，电阻箱，电压表 讲授新课 制作恒温电热杯的电子测温装置 电子测温装置的制作 1. 该电路设计中为什么要用电阻箱呢？ 答：利用电阻箱可以通过等效替代法直接测得当前温度下热敏电阻的阻值。 2. 该实验中应该怎么改变温度呢？ 答：可以将热敏电阻放置在可以改变并显示温度的恒温箱中以改变热敏电阻所处环境的温度。 讲授新课 制作恒温电热杯的电子测温装置 电子测温装置的制作 将NTC热敏电阻置于不同的温度中，将不同温度下热敏电阻的阻值、电压表示数及对应温度记录在表中，并绘制图表，在电压表上标注温度。 温度/℃ 热敏电阻阻值/Ω 电压表示数/V 0 10 20 30 …… …… …… 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 ——程序流程图的符号 起止 表示流程的开始与结束，每一个流程图只有一个起点 处理 要执行的程序 决策或判断 判断 流向 表示执行的方向与顺序 输入/输出 表示数据的输入/输出 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 ——程序流程图的结构 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条件进行判断，条件为真或假时分别执行不同的内容 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 ——程序流程图的结构 当型循环的执行序列为： 当条件为真时，反复执行循环体， 一旦条件为假，跳出循环，执行循环后的语句。 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 ——程序流程图的结构 直到型循环的执行序列为： 首先执行循环体，再判断条件， 条件为真时，一直循环执行循环体， 一旦条件为假，结束循环，执行循环后的语句 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 科学窗 程序流程图 ——工作程序流程图实例 该系统工作时，先判断车速，然后通过压敏电阻检测座位上是否有人，在判断其是否已系好安全带，若没有系好安全带就自动报警。 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 比较适宜人饮用的热水的温度范围通常为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。 请仿照安全带自动报警系统工作程序流程图，画出恒温电热杯的工作程序流程图，具体要求如下： （1）当测温系统测得的温度低于40℃时，自动接通加热电路；当温度系统测得的温度高于45℃，自动切断加热电路。 （2）当测温系统测得的温度高于50℃时，若加热电路仍在工作，则启动自动报警电路。 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 ——流程图设计参考 该流程图运行逻辑： 读取温度后，判定温度是否高于50℃，若高于50℃则报警并切断电源，低于50℃则将温度与40℃比较，低于40℃启动加热电路，高于40℃则将其与45℃比较，高于45℃即切断加热电路，低于45℃则不进行任何操作，隔一段时间后重复上述步骤。 讲授新课 设计恒温电热杯的控温工作流程 将你设计的程序流程图在班级里进行展示，从以下几个方面评估你的设计方案，并和同学们进一步分析、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应水的温度？ （2）你的设计能否按要求实现自动接通/切断加热电路及报警的功能？ 答：展示流程图中不能，需外接温度显示。 答：展示流程图可以实现自动接通/切断加热电路及报警的功能。 讲授新课 A. 显示仪是由电流表改装成的 B. 随着温度的升高，热敏电阻R的阻值增大 C. 杯内液体温度越高，电路中的电流越大 D. 将R0更换为阻值更大的电阻，在杯内液体温度相同的情况下显示仪示数变小 1. 小明设计了一款恒温电热杯，如图甲所示。图乙是其内部的温度显示系统，其中电源电压保持不变，R是热敏电阻，R0为定值电阻。当杯内液体温度较高时，显示仪的示数会变大。关于此恒温电热杯，下列分析正确的是（　　） C 习题解析 2. 如图所示，小一和小十分别为恒温电热杯设计了一个用电表显示温度的电路，小一设计的电路如图甲所示，小十设计的电路如图乙所示，且两个电路中的电表示数均随温度的升高而变大。电路中电源电压保持不变，R0为定值电阻，R1、R2为热敏电阻。热敏电阻有两种，分别为负温度系数热敏电阻器（简称NTC）和正温度系数热敏电阻器（简称PTC），它们的阻值随温度的变化如图丙所示。请通过分析判断R1、R2分别为哪种热敏电阻？ 习题解析 答：根据欧姆定律，甲图中电压表示数 乙图中电流表示数 因为U1 随温度 T 的升高而变大，所以R1 随温度 T 的升高而变大，R1为PTC 因为 I2 随温度 T 的升高而变大，所以R2 随温度 T 的升高而变小，R2 为NTC 习题解析 3.某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路，电源电压恒为4V，R1为滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示，阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警，超过50mA时损坏。 （1）将滑片P向右移动可______（选填“提高”或“降低”）报警温度； 提高 习题解析 3.某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路，电源电压恒为4V，R1为滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示，阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警，超过50mA时损坏。 （2）为设定报警温度为100℃，小组同学利用电阻箱成功进行了调试：用电阻箱替代热敏电阻 Rt，将其值调为__________Ω，再调节滑片 P，直至____________，再用热敏电阻 Rt替换电阻箱，保持滑片位置不变，即可实现温度100℃时报警； 160 报警器报警 习题解析 3.某实践小组设计了如图甲所示的温度报警电路，电源电压恒为4V，R1为滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度的变化如图乙所示，阻值不计的报警器在电流达到20mA时开始报警，超过50mA时损坏。 （3）要想实现报警温度可以在50℃~200℃之间调节，则该电路应该选用电压至少为________V的电源，滑动变阻器 R1 的最大阻值至少为_______Ω 5.2 180 习题解析 认识敏感元件 温度显示的原理 设计恒温电热杯 设计恒温电热杯的 温度显示系统 敏感元件 热敏电阻 温度显示方案的设计 认识恒温电热杯的控温工作流程 PTC及其特性 NTC及其特性 制作恒温电热杯的电子测温装置 课堂小结 $