第六節(jié)跨學(xué)科實(shí)踐：設(shè)計(jì)恒溫電熱杯（導(dǎo)學(xué)案）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.

能選擇適合溫度檢測(cè)的敏感元件（如熱敏電阻），區(qū)分PTC與NTC的特性差異。2.

掌握溫度顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)原理，能通過(guò)電壓/電流變化推導(dǎo)溫度值。3.

制作電子測(cè)溫裝置，完成電表校準(zhǔn)并建立溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系。4.

設(shè)計(jì)恒溫電熱杯的控溫邏輯，明確加熱、停止、報(bào)警的條件與流程。5.

通過(guò)實(shí)踐操作提升問(wèn)題解決能力和跨學(xué)科應(yīng)用意識(shí)。【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】1.熱敏電阻的工作原理及在溫度檢測(cè)中的應(yīng)用。2.

溫度顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)（串聯(lián)電路與電表選擇）。3.

控溫流程的邏輯設(shè)計(jì)（區(qū)間控制與報(bào)警機(jī)制）?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】【自主預(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問(wèn)題：1.

溫度檢測(cè)核心元件：熱敏電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為變化的敏感元件，分為（正溫度系數(shù)，溫度↑→電阻↑）和（負(fù)溫度系數(shù)，溫度↑→電阻↓）兩類(lèi)。2.

溫度顯示系統(tǒng)原理：將熱敏電阻與定值電阻R0（或滑動(dòng)變阻器）聯(lián)，電源電壓不變時(shí)，溫度變化會(huì)導(dǎo)致熱敏電阻阻值改變，進(jìn)而引起電路中或變化，通過(guò)電表顯示。3.

控溫區(qū)間設(shè)計(jì)：恒溫電熱杯的目標(biāo)控溫范圍通常設(shè)定為，當(dāng)溫度40℃時(shí)啟動(dòng)加熱，超過(guò)45℃時(shí)加熱。4.

報(bào)警機(jī)制：當(dāng)溫度50°C時(shí)，需觸發(fā)報(bào)警裝置，提示溫度異常。5.

電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：串聯(lián)電路中，總電壓等于各元件電壓，電流處處。電壓表應(yīng)聯(lián)在熱敏電阻兩端，電流表應(yīng)聯(lián)在電路中。6.

電表校準(zhǔn)方法：制作電子測(cè)溫裝置時(shí)，需將電表示數(shù)與的溫度值對(duì)比，建立對(duì)應(yīng)關(guān)系（如0V對(duì)應(yīng)20℃，3V對(duì)應(yīng)50℃）。7.

流程圖基本符號(hào)：控溫流程設(shè)計(jì)需使用流程圖符號(hào)，如（表示開(kāi)始/結(jié)束）、（表示判斷）、（表示流程方向）。8.

元件選擇原則：溫度檢測(cè)元件須具備靈敏度高、線性度好、范圍符合需求等特點(diǎn)。【探究新知】實(shí)踐任務(wù)一、認(rèn)識(shí)敏感元件定義：敏感元件能敏銳地檢測(cè)到某種物理、化學(xué)信息，通過(guò)一定的電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)。【思考】對(duì)比人類(lèi)感官（如手摸測(cè)溫）與“敏感元件”（如熱敏電阻）的檢測(cè)精度，思考“為什么電子設(shè)備需要敏感元件？”【常見(jiàn)敏感元件對(duì)比】電阻是恒溫電熱杯的核心【特點(diǎn)】熱敏電阻對(duì)敏感（高質(zhì)量的熱敏電阻感知溫度范圍大、靈敏度高、變化線性好等）【分類(lèi)】①按電阻隨溫度變化特點(diǎn)分：和②按材料分：半導(dǎo)體熱敏電阻、金屬熱敏電阻、合金熱敏電阻【課堂演示】探究熱敏電阻特性——用萬(wàn)用表+熱敏電阻演示：手捏熱敏電阻（加熱），觀察電阻變化【實(shí)驗(yàn)記錄】觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，繪制簡(jiǎn)易溫度電阻變化曲線【思考】如何把溫度變化變成電表的示數(shù)？實(shí)踐任務(wù)二、設(shè)計(jì)恒溫電熱杯的溫度顯示系統(tǒng)【信號(hào)轉(zhuǎn)換流程】溫度變化→熱敏電阻變化→或變化【恒溫電熱杯設(shè)計(jì)要求】①電壓表顯示電路：溫度越高，電壓表示數(shù)越大（以PTC為例）溫度升高→熱敏電阻阻值變→電路總電阻變→電路中電流變→定值電阻兩端的電壓變，熱敏電阻兩端的電壓變。【分析】若想符合設(shè)計(jì)要求，溫度越高，電表示數(shù)越大，則電壓表應(yīng)該并在電阻兩端。②電流表顯示電路：溫度越高，電流表示數(shù)越大（以NTC為例）溫度升高→熱敏電阻阻值變→電路總電阻變→電路中電流變【分析】若想符合設(shè)計(jì)要求，溫度越高，電表示數(shù)越大，則電流表應(yīng)該在電路中。實(shí)踐任務(wù)三、制作恒溫電熱杯的電子測(cè)溫裝置實(shí)際電子測(cè)溫裝置要實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)、溫度數(shù)字化顯示，語(yǔ)音提示、復(fù)位等功能，往往需要利用集成電路。我們可以制作一個(gè)簡(jiǎn)易電子測(cè)溫系統(tǒng)，利用顯示所測(cè)量的溫度值。設(shè)計(jì)流程：（1）明確需求，畫(huà)電路圖；（2）選擇電學(xué)元件：電源（3V）、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器（R1）、熱敏電阻Rt、靈敏毫安表（010mA）（3）測(cè)量熱敏電阻參數(shù)：設(shè)計(jì)如圖甲所示電路，測(cè)量熱敏電阻Rt阻值隨溫度變化的關(guān)系：①先將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S擲向1，調(diào)節(jié)熱敏電阻Rt所處的溫度t0=0

℃，記下電流表的相應(yīng)示數(shù)I0；②然后將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S擲向2，調(diào)節(jié)電阻箱R0使電流表的示數(shù)為I0，記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)；③逐步升高溫度，在不同溫度下重復(fù)步驟①和②；④根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出熱敏電阻Rt的阻值隨溫度t變化的圖像如圖乙所示。⑤熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系：Rt=（4）確定電表的示數(shù)與溫度的關(guān)系設(shè)計(jì)測(cè)溫范圍為0~100

℃的電子測(cè)溫裝置，設(shè)計(jì)電路如圖所示，并進(jìn)行了如下操作：①調(diào)節(jié)熱敏電阻所處溫度為0

℃，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，使毫安表滿(mǎn)偏，然后保持R1滑片位置；②寫(xiě)出毫安表的電流值I（A）和溫度t（℃）的關(guān)系式：。實(shí)踐任務(wù)四、設(shè)計(jì)恒溫電熱杯的控溫工作流程設(shè)計(jì)恒溫電熱杯控溫工作程序流程，要求在40～45

℃能自動(dòng)保溫，如圖所示。（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，將流程圖補(bǔ)充完整：①；②；③；④。（2）由流程圖可知，當(dāng)測(cè)溫系統(tǒng)所測(cè)的溫度時(shí)，若加熱電路仍在工作，則電路報(bào)警。【精講點(diǎn)撥】1.重難點(diǎn)突破2.易混點(diǎn)辨析PTC與NTC的應(yīng)用場(chǎng)景：NTC適用于需要高精度溫度檢測(cè)的場(chǎng)景（如體溫計(jì)），PTC適用于過(guò)熱保護(hù)或自限溫加熱（如電暖器）。電壓表與電流表的選擇：若熱敏電阻阻值變化范圍大，優(yōu)先選擇電壓表（電壓變化更顯著）；若阻值變化小，可選擇電流表。3.易錯(cuò)點(diǎn)警示電路連接錯(cuò)誤：電壓表并聯(lián)時(shí)需注意正負(fù)極，電流表串聯(lián)時(shí)需避免短路?？上扔萌f(wàn)用表檢測(cè)電路通斷。電表校準(zhǔn)誤差：校準(zhǔn)前需確保標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)與熱敏電阻接觸良好，多次測(cè)量取平均值以減小誤差。4.解題技巧邏輯分步拆解：設(shè)計(jì)控溫流程時(shí)，先明確“加熱條件”“停止條件”“報(bào)警條件”，再用判斷框連接各狀態(tài)?！菊n堂總結(jié)】第六節(jié)跨學(xué)科實(shí)踐：設(shè)計(jì)恒溫電熱杯【課堂練習(xí)】1．傳感器在日常生活中有廣泛應(yīng)用，有一種開(kāi)關(guān)在有聲音并且光照強(qiáng)度低時(shí)就自動(dòng)閉合，這種開(kāi)關(guān)里有傳感器和傳感器，這種開(kāi)關(guān)經(jīng)常用來(lái)控制樓道里燈的亮滅。2．在如圖甲所示電路中，電源電壓保持不變，R為熱敏電阻，其阻值隨溫度變化的關(guān)系如圖乙所示，為定值電阻。閉合開(kāi)關(guān)S后，當(dāng)溫度降低時(shí)（

）A．熱敏電阻的阻值變小B．電壓表示數(shù)減小C．電流表示數(shù)增大D．電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的比值變大A．電路中的最大電流為0.015AB．電壓表示數(shù)越小，環(huán)境溫度越高C．環(huán)境溫度為40℃時(shí)，電壓表的示數(shù)為2.7VD．此電路允許的最高環(huán)境溫度為100℃4．物理興趣小組的同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，有的電阻會(huì)隨溫度、壓力等外界因素的改變而發(fā)生變化，那么熱敏電阻的阻值大小與溫度有什么關(guān)系呢？為此他們從實(shí)驗(yàn)室找來(lái)如圖甲所示的熱敏電阻進(jìn)行探究。溫度T/℃102030405060電流I/A0.130.160.210.270.340.43（1）熱敏電阻是由（選填“導(dǎo)體”“超導(dǎo)體”或“半導(dǎo)體”）材料制成的。經(jīng)過(guò)討論，同學(xué)們組裝了如圖乙所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保證電源電壓；（2）點(diǎn)燃酒精燈，閉合開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄的數(shù)據(jù)如表丙所示，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而（選填“增大”或“減小”），所以（選填“能”或“不能”）用該熱敏電阻開(kāi)展“探究電流與電壓關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。（3）為了得到這個(gè)熱敏電阻在不同溫度下的具體阻值，實(shí)驗(yàn)還需要增加的器材是。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大家一起動(dòng)手用這個(gè)熱敏電阻和一個(gè)電壓表改裝成了一個(gè)指針式溫度計(jì)，設(shè)計(jì)的電路如圖丁所示，若要使電壓表示數(shù)隨溫度升高而增大，則應(yīng)將電壓表并聯(lián)在（選填“ab”“bc”或“ac”）兩端。（5）實(shí)驗(yàn)中用“水浴”加熱而不用酒精燈直接加熱，請(qǐng)結(jié)合物