12.6 设计恒温电热杯 教案 2025-2026学年北师大版九年级物理上册

第十二章 欧姆定律 第六节 设计恒温电热杯 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。 一、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。 二、新知探究 （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。 [实践活动] 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。 敏感元件调查表 （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？ 【推导】 电路中的电流为 电压表的示数等于R两端的电 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。 [实践活动] 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。 （三）制作恒温电热杯的电子测温度装置 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。 [实践活动] 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。 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。 （四）设计恒温电热杯的控温工作流程 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。 [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，条件为真或假时分别执行不 ... ...