一、從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題：飲料機(jī)的功能觀察演講人CONTENTS從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題：飲料機(jī)的功能觀察自動售貨功能的科學(xué)原理：從信號到動作的精密協(xié)作冷藏功能的科學(xué)原理：熱傳遞與物態(tài)變化的巧妙應(yīng)用從飲料機(jī)到生活科技：科學(xué)就在身邊總結(jié)：科技是“看得見的科學(xué)”目錄2025小學(xué)五年級科學(xué)下冊飲料機(jī)的自動售貨與冷藏功能課件各位同學(xué)、老師們：今天，我們要共同探索一個每天都可能遇見，卻藏著許多科學(xué)奧秘的“生活小助手”——飲料自動售貨機(jī)。作為一名長期關(guān)注生活科技與基礎(chǔ)教育結(jié)合的科學(xué)教師，我常在校園觀察到同學(xué)們購買飲料時的好奇：“為什么掃碼就能出貨？”“機(jī)器里的飲料怎么一直這么涼？”這些問題，正是我們今天要解開的科學(xué)密碼。接下來，讓我們從“觀察現(xiàn)象—拆解原理—聯(lián)系應(yīng)用”三個層次，逐步揭開飲料機(jī)的“智慧面紗”。01從生活現(xiàn)象到科學(xué)問題：飲料機(jī)的功能觀察1日常場景中的功能感知清晨的校園里，一臺銀色飲料機(jī)總被同學(xué)們圍得團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)。你是否注意過它的“工作流程”？當(dāng)同學(xué)掏出手機(jī)掃碼，屏幕亮起“支付成功”；點(diǎn)擊“可樂”按鈕，機(jī)械臂輕輕一推，易拉罐“咚”地落進(jìn)取物口；同時，玻璃櫥窗里的礦泉水瓶上還掛著細(xì)密的水珠——這就是飲料機(jī)最核心的兩大功能：自動售貨與冷藏保鮮。2提出科學(xué)問題的關(guān)鍵作為科學(xué)學(xué)習(xí)者，我們不能停留在“使用”層面，要學(xué)會“追問”：自動售貨：掃碼/投幣后，機(jī)器如何“知道”你選了哪款飲料？商品又是如何精準(zhǔn)掉落的？冷藏保鮮：機(jī)器內(nèi)部沒有冰塊，為什么能持續(xù)保持低溫？溫度過高時，它會“自動調(diào)節(jié)”嗎？這些問題的答案，藏在物理、電子、熱學(xué)等多學(xué)科的知識里。接下來，我們逐一拆解。02自動售貨功能的科學(xué)原理：從信號到動作的精密協(xié)作1交互系統(tǒng)：人與機(jī)器的“對話”要讓機(jī)器“聽懂”我們的需求，首先需要交互系統(tǒng)。五年級上學(xué)期我們學(xué)過“簡單電路”，飲料機(jī)的交互系統(tǒng)正是基于電路與傳感器的組合。1交互系統(tǒng)：人與機(jī)器的“對話”1.1輸入環(huán)節(jié)：支付與選品支付方式：無論是投幣口還是掃碼區(qū)，本質(zhì)都是“信號輸入”。投幣時，硬幣通過識別器（類似“電子秤”）檢測重量、直徑，確認(rèn)是真幣后觸發(fā)電路；掃碼時，攝像頭讀取二維碼信息，通過無線模塊（如藍(lán)牙/Wi-Fi）與后臺服務(wù)器通信，驗(yàn)證支付成功后發(fā)送指令。選品操作：每個商品按鈕下都有一個“輕觸開關(guān)”，按下時開關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，向主控制器發(fā)送對應(yīng)商品的編號信號（比如“001”代表可樂，“002”代表礦泉水）。1交互系統(tǒng)：人與機(jī)器的“對話”1.2處理環(huán)節(jié)：主控制器的“大腦”21主控制器是一塊微型計(jì)算機(jī)（類似手機(jī)的芯片），它接收支付成功信號和選品編號后，需要完成兩件事：生成指令：如果有庫存，向出貨系統(tǒng)發(fā)送“取貨”指令；如果無庫存，屏幕會顯示“售罄”。驗(yàn)證庫存：通過預(yù)先存儲的商品位置數(shù)據(jù)（比如“第3層第2列是可樂”），檢查該位置是否有商品（通過光電傳感器檢測）；32出貨系統(tǒng)：從指令到物理動作的轉(zhuǎn)化主控制器的指令需要通過機(jī)械裝置“落地”。這涉及我們學(xué)過的“力與運(yùn)動”知識。2出貨系統(tǒng)：從指令到物理動作的轉(zhuǎn)化2.1螺旋彈簧式出貨（常見于罐裝飲料）大多數(shù)飲料機(jī)采用螺旋彈簧結(jié)構(gòu)：商品被卡在螺旋彈簧的空隙中，彈簧一端連接電機(jī)。當(dāng)主控制器發(fā)送指令，電機(jī)通電轉(zhuǎn)動，彈簧隨之旋轉(zhuǎn)，推動商品向前移動，直到脫離彈簧，掉入取物口。這個過程中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)被精確控制（比如“轉(zhuǎn)3圈剛好推出1罐”），確保每次只出1件商品。2出貨系統(tǒng)：從指令到物理動作的轉(zhuǎn)化2.2機(jī)械臂式出貨（常見于瓶裝飲料）對于較重的瓶裝飲料，機(jī)器會使用機(jī)械臂+推板結(jié)構(gòu)：機(jī)械臂由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，根據(jù)商品位置（X-Y坐標(biāo)）移動到指定位置，推板向前一推，瓶子失去支撐后滾落。這里的關(guān)鍵是“定位精度”——就像我們用尺子量東西，機(jī)械臂的移動誤差必須小于1厘米，否則可能推空或多推。3故障保護(hù)：機(jī)器的“自我檢查”同學(xué)們有沒有遇到過“支付成功但沒出貨”？這可能是機(jī)器的“保護(hù)機(jī)制”在起作用。例如：光電傳感器：取物口上方有一對“發(fā)光二極管+光敏電阻”，當(dāng)商品掉落時，會擋住光線，光敏電阻阻值變化，反饋給主控制器“已出貨”；如果3秒內(nèi)未檢測到遮擋，機(jī)器會自動退款。過載保護(hù)：電機(jī)轉(zhuǎn)動時如果遇到阻力（比如商品卡?。?，電流會增大，控制器檢測到異常后會停止電機(jī)并報警。03冷藏功能的科學(xué)原理：熱傳遞與物態(tài)變化的巧妙應(yīng)用冷藏功能的科學(xué)原理：熱傳遞與物態(tài)變化的巧妙應(yīng)用飲料機(jī)的冷藏功能，是“熱學(xué)”知識的典型應(yīng)用。五年級我們學(xué)過“熱會從高溫物體傳到低溫物體”“液體蒸發(fā)時會吸熱”，這些原理在這里被“升級”運(yùn)用。1制冷核心：壓縮式制冷循環(huán)飲料機(jī)的“制冷心臟”是一套壓縮式制冷系統(tǒng)，由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四大部件組成，通過制冷劑（如R600a，一種環(huán)保的碳?xì)浠衔铮┑难h(huán)實(shí)現(xiàn)降溫。1制冷核心：壓縮式制冷循環(huán)1.1第一步：蒸發(fā)器——“吸熱小能手”蒸發(fā)器藏在飲料機(jī)內(nèi)部的儲物層背后，是一組盤繞的金屬管（通常用銅或鋁，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)熱快）。制冷劑在蒸發(fā)器中由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，這個過程需要吸收大量熱量（就像我們涂酒精在皮膚上，酒精蒸發(fā)時會帶走皮膚的熱量，感覺涼快）。蒸發(fā)器周圍的空氣被“吸走”熱量后變冷，通過風(fēng)扇循環(huán)，讓整個儲物空間保持低溫（通常4-8℃）。1制冷核心：壓縮式制冷循環(huán)1.2第二步：壓縮機(jī)——“動力泵”蒸發(fā)后的氣態(tài)制冷劑需要被“回收”。壓縮機(jī)就像一個“打氣筒”，通過活塞運(yùn)動將氣態(tài)制冷劑壓縮（體積變小，壓力變大），溫度急劇升高（就像快速壓縮打氣筒，筒壁會變熱）。1制冷核心：壓縮式制冷循環(huán)1.3第三步：冷凝器——“散熱大風(fēng)扇”高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器（通常在機(jī)器背面或底部的金屬翅片）。冷凝器表面有很多薄金屬片（增大散熱面積），風(fēng)扇吹過，將制冷劑的熱量散發(fā)到空氣中（所以夏天靠近飲料機(jī)背面會感覺熱風(fēng)）。此時，制冷劑因散熱而液化，變回液態(tài)。1制冷核心：壓縮式制冷循環(huán)1.4第四步：膨脹閥——“降壓開關(guān)”液態(tài)制冷劑通過膨脹閥（一個細(xì)小的孔）時，壓力驟降，迅速汽化，重新進(jìn)入蒸發(fā)器循環(huán)。整個過程周而復(fù)始，不斷將儲物空間的熱量“搬運(yùn)”到機(jī)器外，實(shí)現(xiàn)冷藏。2溫度控制：傳感器與電路的“默契配合”飲料機(jī)不會一直“猛制冷”，否則可能凍壞飲料。它的溫度控制依賴溫度傳感器+控制電路。溫度傳感器：通常是一個“熱敏電阻”，溫度升高時電阻值降低，電路中的電流變化；溫度降低時電阻值升高，電流減小?？刂七壿嫞寒?dāng)傳感器檢測到儲物空間溫度高于設(shè)定值（比如8℃），主控制器會啟動壓縮機(jī)；當(dāng)溫度低于設(shè)定值（比如4℃），則停止壓縮機(jī)。就像我們開空調(diào)，設(shè)定26℃后，溫度過高就制冷，達(dá)標(biāo)就停機(jī)。3節(jié)能與環(huán)保：科技的“人文關(guān)懷”現(xiàn)代飲料機(jī)越來越注重節(jié)能和環(huán)保：保溫層：機(jī)器內(nèi)壁填充聚氨酯泡沫（類似冰箱的保溫材料），減少熱量內(nèi)外傳遞，降低能耗；環(huán)保制冷劑：淘汰了曾廣泛使用的氟利昂（會破壞臭氧層），改用R600a（碳?xì)浠衔铮┗騌290（丙烷），更綠色；智能休眠：夜間無人使用時，壓縮機(jī)降低功率運(yùn)行，節(jié)省電量。04從飲料機(jī)到生活科技：科學(xué)就在身邊1功能拓展：科技與需求的“雙向奔赴”智能交互：屏幕顯示商品熱量、成分，幫助選擇；觀察校園里的飲料機(jī)，你會發(fā)現(xiàn)它在悄悄“進(jìn)化”：物聯(lián)網(wǎng)連接：后臺實(shí)時監(jiān)控庫存，缺貨時自動向管理員發(fā)送提醒。健康功能：新增“加熱區(qū)”，冬季提供熱飲；這些升級，都是科學(xué)家和工程師針對“用戶需求”做出的改進(jìn)，體現(xiàn)了“科學(xué)服務(wù)生活”的本質(zhì)。2科學(xué)思維的遷移：從“觀察”到“創(chuàng)造”今天我們拆解飲料機(jī)的原理，不是為了“維修”，而是培養(yǎng)科學(xué)探究的思維：遇到新事物，先觀察“現(xiàn)象”，再追問“為什么”；拆解功能時，從“輸入-處理-輸出”分析系統(tǒng)；聯(lián)系已學(xué)知識（如電路、熱傳遞、物態(tài)變化），解釋復(fù)雜現(xiàn)象。未來，你們可能會設(shè)計(jì)更智能的“校園服務(wù)機(jī)器人”，而今天的思考，就是創(chuàng)新的起點(diǎn)。05總結(jié)：科技是“看得見的科學(xué)”總結(jié)：科技是“看得見的科學(xué)”同學(xué)們，飲料機(jī)的自動售貨與冷藏功能，是物理、電子、熱學(xué)等多學(xué)科知識的“集成作品”。它用“掃碼出貨”回答了“如何讓機(jī)器聽懂指令”，用“持續(xù)低溫”