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100 第六节 跨学科实践 设计恒温电热杯
跨学科实践
答案 P40
|项目主题|设计恒温电热杯|
| ---- | ---- |
|项目背景|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便利。本项目旨在通过跨学科知识的综合应用,设计一款简易的恒温电热杯|
|活动任务一|认识敏感元件
1 敏感原件调查表
|名称|特点|应用示例|名称|特点|应用示例|
|压敏电阻| | |热敏电阻| | |
|光敏电阻| | |声敏电阻| | |
2 为恒温电热杯选取适当的敏感元件
(1)需求分析:恒温电热杯为了保温,需要检测杯中饮品的
(2)原件选取:根据上述分析,我们需要选取
|活动任务二|设计恒温电热杯的温度显示系统
1.请分析图示电路,假设电源电压$U$、电阻$R_0$已知,那么电流$I$与可变电阻$R$之间的关系是
2.查阅资料,分析敏感元件电阻的变化条件,我们可以知道同一个敏感元件在相同的环境中会呈现出
|活动任务三|制作恒温电热杯的电子测温装置
1.明确需求,画出电路图。可选择采用电流表或电压表。
2.选择电学元件。了解各元件参数,综合分析电路的电压、电阻、温度范围、电表量程等内容,选择合适的电学元件。
3.按电路图连接电路。
4.确定电表的示数与温度之间的关系。根据选取的元件,利用敏感元件阻值同时与电表示数、温度相关联的特点,得出电表示数与温度之间的关系,从而使电表示数可以直接读取为温度示数。
5.将电表的示数与温度相对应。|
|活动任务四|设计恒温电热杯的控温工作流程
1.请参照教材实践活动的具体要求,初步完成工作程序流程图。
2.交流与反思。跟同学们一起分析论证流程图的优缺点,看一看不同的方案设计是否能达到活动要求。
3.实际应用测试。在杯中没有水的时候,杯子是否会加热杯中空气?应该怎么避免浪费电量?在实际应用中会遇到的其他问题还有哪些?并根据发现的问题尝试改进流程图。
|
跨学科实践
答案 P40
|项目主题|设计恒温电热杯|
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|项目背景|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便利。本项目旨在通过跨学科知识的综合应用,设计一款简易的恒温电热杯|
|活动任务一|认识敏感元件
1 敏感原件调查表
|名称|特点|应用示例|名称|特点|应用示例|
|压敏电阻| | |热敏电阻| | |
|光敏电阻| | |声敏电阻| | |
2 为恒温电热杯选取适当的敏感元件
(1)需求分析:恒温电热杯为了保温,需要检测杯中饮品的
温度
。(2)原件选取:根据上述分析,我们需要选取
热敏
电阻。||活动任务二|设计恒温电热杯的温度显示系统
1.请分析图示电路,假设电源电压$U$、电阻$R_0$已知,那么电流$I$与可变电阻$R$之间的关系是
$R = \frac{U}{I} - R_0$
;当电流表示数已知时,能
（填“能”或“不能”）计算出可变电阻的大小。2.查阅资料,分析敏感元件电阻的变化条件,我们可以知道同一个敏感元件在相同的环境中会呈现出
相同
（填“相同”或“不同”）的电阻值,我们可以依据对应的敏感元件的电阻值来反推环境中的光强、温度、压力等信息。||活动任务三|制作恒温电热杯的电子测温装置
1.明确需求,画出电路图。可选择采用电流表或电压表。
2.选择电学元件。了解各元件参数,综合分析电路的电压、电阻、温度范围、电表量程等内容,选择合适的电学元件。
3.按电路图连接电路。
4.确定电表的示数与温度之间的关系。根据选取的元件,利用敏感元件阻值同时与电表示数、温度相关联的特点,得出电表示数与温度之间的关系,从而使电表示数可以直接读取为温度示数。
5.将电表的示数与温度相对应。|
|活动任务四|设计恒温电热杯的控温工作流程
1.请参照教材实践活动的具体要求,初步完成工作程序流程图。
2.交流与反思。跟同学们一起分析论证流程图的优缺点,看一看不同的方案设计是否能达到活动要求。
3.实际应用测试。在杯中没有水的时候,杯子是否会加热杯中空气?应该怎么避免浪费电量?在实际应用中会遇到的其他问题还有哪些?并根据发现的问题尝试改进流程图。
|答案
活动任务一
1. 压敏电阻特点：阻值随所受压力改变，应用示例：电子秤；光敏电阻特点：阻值随光照强度改变，应用示例：根据光照强度自动调节亮度的手机屏幕；热敏电阻特点：阻值随所处环境温度改变，应用示例：空调；声敏电阻特点：阻值随声音大小改变，应用示例：声控灯
2. (1) 温度
(2) 热敏
活动任务二
1. $R = \frac{U}{I} - R_0$ 能
2. 相同
活动任务四
1.
解析
【分析】
本题围绕恒温电热杯的跨学科设计展开，需结合物理中敏感元件特性、欧姆定律及流程图逻辑分析解题：活动任务一需明确不同敏感元件的特性，根据恒温杯控温需求确定检测对象为温度，进而选择热敏电阻；活动任务二利用串联电路欧姆定律推导电流与可变电阻的关系，结合敏感元件特性判断电阻值稳定性；活动任务四需根据控温逻辑梳理流程图，判断各环节工作流程合理性。
【解析】
活动任务一：
1. 各敏感元件的特点及应用：压敏电阻阻值随所受压力改变，应用示例为电子秤；光敏电阻阻值随光照强度改变，应用示例为自动调光的手机屏幕；热敏电阻阻值随所处环境温度改变，应用示例为空调；声敏电阻阻值随声音大小改变，应用示例为声控灯。
2. (1) 恒温电热杯需保持温度稳定，因此需检测饮品的温度；(2) 能检测温度的敏感元件为热敏电阻，故选取热敏电阻。
活动任务二：
1. 电路为定值电阻$R_0$与可变电阻$R$串联，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_0+R}$，变形得$R=\frac{U}{I}-R_0$；已知电源电压$U$、定值电阻$R_0$和电流$I$，可计算出可变电阻大小，故填“能”。
2. 同一敏感元件在相同环境中电阻值固定，因此可通过电阻反推环境参数，故填“相同”。
活动任务四：
根据控温逻辑，流程图逻辑为：开始→判断温度是否高于$40°\mathrm{C}$，若否→加热；若是→判断温度是否低于$50°\mathrm{C}$，若是→不报警→结束；若否→判断加热系统是否工作，若是→报警，否→不报警→结束，对应流程图如。
【答案】
活动任务一
1. 压敏电阻特点：阻值随所受压力改变，应用示例：电子秤；光敏电阻特点：阻值随光照强度改变，应用示例：根据光照强度自动调节亮度的手机屏幕；热敏电阻特点：阻值随所处环境温度改变，应用示例：空调；声敏电阻特点：阻值随声音大小改变，应用示例：声控灯
2. (1) 温度；(2) 热敏
活动任务二
1. $R = \frac{U}{I} - R_0$；能
2. 相同
活动任务四
1.
【知识点】
欧姆定律、敏感元件应用、串联电路特点
【点评】
本题为跨学科实践题，结合生活中恒温电热杯的设计，考察学生对物理敏感元件、欧姆定律的理解与应用，同时锻炼流程图的逻辑分析能力，注重理论联系实际，符合新课标跨学科实践的要求。
【难度系数】
0.6
本题围绕恒温电热杯的跨学科设计展开，需结合物理中敏感元件特性、欧姆定律及流程图逻辑分析解题：活动任务一需明确不同敏感元件的特性，根据恒温杯控温需求确定检测对象为温度，进而选择热敏电阻；活动任务二利用串联电路欧姆定律推导电流与可变电阻的关系，结合敏感元件特性判断电阻值稳定性；活动任务四需根据控温逻辑梳理流程图，判断各环节工作流程合理性。
【解析】
活动任务一：
1. 各敏感元件的特点及应用：压敏电阻阻值随所受压力改变，应用示例为电子秤；光敏电阻阻值随光照强度改变，应用示例为自动调光的手机屏幕；热敏电阻阻值随所处环境温度改变，应用示例为空调；声敏电阻阻值随声音大小改变，应用示例为声控灯。
2. (1) 恒温电热杯需保持温度稳定，因此需检测饮品的温度；(2) 能检测温度的敏感元件为热敏电阻，故选取热敏电阻。
活动任务二：
1. 电路为定值电阻$R_0$与可变电阻$R$串联，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R_0+R}$，变形得$R=\frac{U}{I}-R_0$；已知电源电压$U$、定值电阻$R_0$和电流$I$，可计算出可变电阻大小，故填“能”。
2. 同一敏感元件在相同环境中电阻值固定，因此可通过电阻反推环境参数，故填“相同”。
活动任务四：
根据控温逻辑，流程图逻辑为：开始→判断温度是否高于$40°\mathrm{C}$，若否→加热；若是→判断温度是否低于$50°\mathrm{C}$，若是→不报警→结束；若否→判断加热系统是否工作，若是→报警，否→不报警→结束，对应流程图如
。【答案】
活动任务一
1. 压敏电阻特点：阻值随所受压力改变，应用示例：电子秤；光敏电阻特点：阻值随光照强度改变，应用示例：根据光照强度自动调节亮度的手机屏幕；热敏电阻特点：阻值随所处环境温度改变，应用示例：空调；声敏电阻特点：阻值随声音大小改变，应用示例：声控灯
2. (1) 温度；(2) 热敏
活动任务二
1. $R = \frac{U}{I} - R_0$；能
2. 相同
活动任务四
1.
【知识点】
欧姆定律、敏感元件应用、串联电路特点
【点评】
本题为跨学科实践题，结合生活中恒温电热杯的设计，考察学生对物理敏感元件、欧姆定律的理解与应用，同时锻炼流程图的逻辑分析能力，注重理论联系实际，符合新课标跨学科实践的要求。
【难度系数】
0.6
