12.6设计恒温电热杯-课件-2025-2026学年2024北师大版物理九年级全册教学课件（20页PPT）

(课件网) 幻灯片 1：封面 课程标题：12.6 设计恒温电热杯 学科与年级：北师大版 九年级物理 教师姓名：[教师姓名] 幻灯片 2：学习目标 理解恒温电热杯的工作原理（利用电流的热效应，结合温控元件实现温度稳定），明确设计的核心需求（加热、恒温、安全）。 能根据设计需求选择合适的元件（加热元件、温控元件、电源、导线等），掌握元件的选型依据（如功率、阻值、温度范围）。 学会绘制恒温电热杯的电路图（包含加热回路和温控回路），能分析电路中各元件的作用，培养电路设计能力。 通过方案讨论与优化，了解设计中的实际问题（如安全防护、能耗控制），树立工程设计的严谨性与实用性意识。 幻灯片 3：课程引入 情境展示： 图片 1：市场上的恒温杯（可保持水温在 40-60℃）、实验室的电热杯（无恒温功能，易烧干）、家庭用的电热水壶（沸腾后自动断电）。 视频片段：普通电热杯加热水至沸腾后持续加热，水逐渐蒸发直至烧干；恒温电热杯加热至设定温度（如 55℃）后，自动停止加热，温度下降后又自动启动，保持水温稳定。 设计需求：生活中，我们需要一种能将水加热到适宜温度（如冲奶粉的 45℃、泡茶的 60℃）并保持恒温的电热杯，避免水温过高烫伤或过低影响使用。如何利用所学物理知识设计这样的恒温电热杯呢？ 提问引导：恒温电热杯的核心是 “加热” 和 “恒温控制”。加热需要利用电流的热效应（Q=I Rt），恒温则需要通过温控元件控制电路通断。本节课我们将围绕这两个核心，逐步完成恒温电热杯的设计。 幻灯片 4：恒温电热杯的工作原理 核心原理拆解： 加热原理：利用电流的热效应 ——— 电流通过电阻丝（加热元件）时，电能转化为内能（Q=I Rt），使电阻丝发热，热量传递给杯体和水，实现水的加热。 恒温控制原理：通过温控元件（如热敏电阻、双金属片温控器）监测水温，当水温达到设定值时，温控元件切断加热电路，停止加热；当水温下降到低于设定值时，温控元件接通电路，重新加热，从而维持水温在稳定范围（如 ±2℃）。 能量转化链条：电源电能 → 加热元件的内能（电流热效应） → 杯体和水的内能（热传递） → 温控元件控制电路通断，维持内能稳定。 关键需求分析： 需求类别 具体要求 物理依据 加热功能 能快速将水加热到设定温度（如 40-80℃） 选择合适功率的加热元件（P=U /R，功率越大，加热越快） 恒温功能 温度波动小（±2℃），能自动通断 温控元件的灵敏度高，动作温度精准 安全功能 防止干烧（无水时停止加热）、防漏电 加装干烧保护元件（如温度保险丝）、绝缘材料包裹导线 节能功能 恒温时减少电能消耗 温控元件及时切断电路，避免持续加热 幻灯片 5：核心元件选择与选型依据 1. 加热元件： 常见类型：电阻丝（如镍铬合金丝）、加热管（密封式，防漏电）、加热片（薄型，贴合杯底）。 选型依据： 功率计算：根据杯体容量（如 300mL 水）和加热时间需求（如 5 分钟加热到 60℃），结合水的比热容（c 水 = 4.2×10 J/(kg ℃)），计算所需功率。 示例：加热 300mL 水（m=0.3kg）从 20℃到 60℃，需吸收热量 Q=cmΔt=4.2×10 ×0.3×40=5.04×10 J；若加热时间 t=300s，所需功率 P=Q/t=5.04×10 /300≈168W，实际选择 200W 加热元件（考虑热量损失）。 阻值计算：根据电源电压（如 USB 供电 5V、家庭电路 220V），由 P=U /R 得 R=U /P。如 5V 电源、200W 加热元件，R=5 /200=0.125Ω（需选择低阻值、大电流的电阻丝）。 2. 温控元件： 类型 1：双金属片温控器（机械温控，成本低）： 原理：由两种热膨胀系数不同的金属片贴合而成，温度变化时，两金属片膨胀 / 收缩程度不同，导致金属片弯曲，触发开关通断（如温度升高到 60℃时弯曲断开， ... ...