初中物理北师大版（2024）九年级全册（2024）第六节 设计恒温电热杯教案设计

这是一份初中物理北师大版（2024）九年级全册（2024）第六节 设计恒温电热杯教案设计，共4页。教案主要包含了基础信息，教学目标，教学重难点，教学准备，教学过程等内容，欢迎下载使用。
课时：1 课时（45min，跨学科实践课）
教材版本：2024 北师大版九年级全一册
学情：学生掌握欧姆定律、串联分压规律；会分析动态电路；对敏感元件（热敏、压敏、光敏电阻）几乎没有认知；难点：把温度信号转化电信号、流程图逻辑设计；本课时侧重工程设计、实践思考，不要求完整实物制作。
配套增值文档：彩蛋素材、学情反思（可独立拆分）
二、教学目标
1. 物理观念
认识敏感元件，知道热敏电阻分为 PTC 正温度系数、NTC 负温度系数；理解热敏电阻可以把温度信号转化为电阻变化，进一步转化电压、电流信号。
理解串联分压原理在测温电路当中的应用。
了解自动控温系统两大模块：温度检测系统、温度控制系统。
2. 科学思维【?思维训练标注】
信号转换思想：非电学物理量（温度）→电阻→电压 / 电流（电信号），传感器转换思维。
工程模型建构：拆分实际产品任务，把恒温电热杯拆解 4 个子任务，化繁为简。
逻辑建模：读懂程序流程图，使用判断、循环结构描述自动控温逻辑。
母题模式：热敏电阻动态电路母题、传感器应用母题。
苏格拉底提问思辨：为什么恒温电热杯要选用热敏电阻，定值电阻行不行。
3. 科学探究
能够对比压敏、光敏、热敏电阻的特点与应用，为本项目挑选合适敏感元件。
根据任务需求设计测温显示电路，画出电路图。
读懂流程图符号，画出恒温电热杯工作流程图；会评估设计方案优缺点。
4. 科学态度与责任
体会物理电学知识向工程产品转化，感受跨学科实践价值。
学会从功能、精度、安全多角度评价工程设计；关注生活家电当中自动控制技术。
三、教学重难点
重点：热敏电阻特性；温度信号转化为电信号原理；恒温电热杯系统任务拆解。
难点：测温电路设计；程序流程图绘制；热敏电阻动态电路计算。
四、教学准备
多媒体 PPT、敏感元件资料表；流程图符号卡片；热敏电阻动态电路例题。
五、教学过程（五步教学法）
环节一：情景导入（5min）
展示家用恒温电热杯实物图片。
苏格拉底提问：
①普通水杯水会慢慢变凉，恒温电热杯如何做到维持水温不变？
②它怎么感知现在水是多少度？靠人去观察吗？
引出课题：12.6 设计恒温电热杯
讲解整套系统分为温度检测系统、温度控制系统两大模块，展示教材框图。
总任务：设计恒温电热杯，实现加热，并且水温维持 40‑45℃。
【?思维训练：复杂工程产品拆解为多个小任务】
环节二：任务一 认识敏感元件（12min）
敏感元件概念：可以感知物理、化学信息，转化为电信号的元件。
举例分类：热敏、光敏、压敏、磁敏、气敏、湿敏元件。
学生完成调查表：
苏格拉底提问：本项目要检测温度，选哪一种敏感元件？
小结：选用热敏电阻。
2. 热敏电阻分类
NTC 负温度系数：温度越高，电阻越小
PTC 正温度系数：温度越高，电阻越大
拓展：优点：测温范围大、灵敏度高、体积小，适合电子产品测温。
【?思维训练：根据项目需求筛选元器件，工程选型思维】
环节三：任务二、任务三 设计温度显示、电子测温装置（16min）
核心原理：热敏电阻阻值随温度改变，串联定值电阻，利用串联分压，温度变化→电阻变化→电压 / 电流变化，电表读数间接反映温度。
苏格拉底提问：定值电阻能不能用来测温？
小结：定值电阻阻值不随温度改变，无法把温度变化转为电信号，不能测温。
实践设计任务：
①电压表做显示器，温度越高，电压表示数越大，请设计电路图。
②电流表做显示器，温度越高，电流表示数越大，请设计电路图。
想要温度越高电压表示数变大：电压表并联在定值电阻两端。
想要温度越高电流表示数变大：热敏电阻与定值电阻串联，电流表测总电流。
电子测温装置制作流程：
明确需求画电路图→选电子元件→连接电路→建立电表读数与温度对应关系→标准温度计校准刻度。
评估思考：测量精度受哪些因素影响？电源电压波动、热敏电阻性能、电表精度。
【?思维训练：非电学量转换成电信号，传感器核心思想，中考高频】
环节四：任务四 设计控温工作流程 + 当堂训练（9min）
1. 流程图基础符号：起止框、处理框、判断框、流向线、输入输出框。
三种基础结构：顺序结构、判断结构、循环结构。
项目要求：
①水温低于 40℃：接通加热；高于 45℃切断加热。
②温度高于 50℃，开启报警。
苏格拉底引导学生梳理逻辑，口头描述流程，再画出流程图。
展示汽车安全带报警流程图作为范例。
✅当堂训练（全国统考改编，选择题 ABCD 四项）
1. 热敏电阻是把\\\\信号转化为\\__信号。
答案：温度；电
2.NTC 热敏电阻，温度升高，电阻\\\\\\\\。
答案：变小
3. 例题：热敏电阻动态电路（教材自我检测第 2 题），解析串联动态变化。
环节五：课堂小结 + 课后作业（3min）
（一） 课堂小结
1. 恒温电热杯两大系统：温度检测系统、温度控制系统。
2. 热敏电阻：NTC 温度升高电阻减小；PTC 温度升高电阻增大；实现温度→电阻→电压 / 电流信号转换。
3. 测温电路依靠串联分压原理。
4. 流程图符号：起止、处理、判断、流向；包含顺序、判断、循环三种结构。
（二） 课后作业
1. 完成教材自我检测习题；
2. 观察家里自动控温家电，思考它使用什么敏感元件；
3. 完善恒温电热杯流程图。
（三） 板书设计（适配 PPT 横版从上向下排布）
12.6 设计恒温电热杯
一、系统组成
温度检测系统 + 温度控制系统
二、敏感元件
热敏电阻：把温度信号转化为电信号
NTC（负温度系数）：T↑ R↓
PTC（正温度系数）：T↑ R↑
其它：光敏、压敏电阻
三、测温原理
热敏电阻与定值电阻串联
温度变化→电阻变化→分压变化→电表显示温度
四、程序流程图
符号：起止、处理、判断、流向
三种结构：顺序、判断、循环
项目需求：40‑45℃恒温；＞50℃报警
【配套增值文档 1：彩蛋素材（独立文档）】
一、课堂趣味拓展彩蛋
1. 生活拓展素材：恒温水杯、电饭煲、电热水器、汽车安全带压力报警、楼道光控灯，分别使用什么敏感元件。
2. 拓展思考：如果电源电压不稳定，电子测温装置测量会不准，如何改进？
3. 科普：工业传感器，各类敏感元件在智能设备当中应用。
4. 动手小思考：如果手边没有热敏电阻，还可以用什么办法感知水温？
二、【配套增值文档 2：学情反思（独立文档）】
（一）学情与教学反思
1. 高频学情误区
①学生很难理解 “温度这种看不见的物理量怎么变成电压”，信号转换思想是本节课最大难点，需要多举生活实例。
②分不清 PTC、NTC 特性，做题动态电路分析容易搞反电阻变化趋势。
③流程图的判断、循环结构学生第一次接触，部分学生逻辑梳理困难，课堂降低画图难度，允许口头描述逻辑。
④跨学科实践课，学生容易当成普通习题课，要突出工程设计思路，不只刷题。
2. 中等生掌握要求：不要求独立完整画出复杂流程图，看懂流程图，能根据条件判断电路变化即可。
3. 中考母题提示：热敏电阻 + 串联动态电路，是中考传感器类经典考题，要强化串联分压、欧姆定律结合计算训练。名称
特点
应用示例
压敏电阻
压力变化，电阻改变
压力检测、安全带报警
光敏电阻
光照变化，电阻改变
光控路灯
热敏电阻
温度变化，电阻改变
测温、恒温家电
思路点拨：NTC 热敏电阻，温度升高电阻减小。