2025-2026学年物理苏科版九年级下册（新教材）第16章跨学科综合 精美课件（39页PPT 3个视频）

(共39张PPT)
第十六章 电和磁
第16章 跨学科实践：
制作大棚环境控制系统模型
（苏科2024版）九年级
下
01
教学目标
02
新知导入
03
新知讲解
05
典例分析
06
课堂练习
04
课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
PART 1 教学目标
（苏科2024版）九年级
上
01
教学目标
1. 理解温度、湿度传感器的工作原理，掌握简单的电路连接方法，了解单片机在控制系统中的核心作用。
2.能够根据需求设计简单的控制系统方案，学会使用基本工具和电子元件搭建模型，具备初步的程序调试和问题排查能力。
3. 培养跨学科解决问题的思维能力，提升工程实践和创新意识，增强团队协作与沟通表达能力。
PART 2 新知导入
（苏科2024版）九年级
上
02
新知导入
为什么需要智能大棚？
传统农业：靠天吃饭
易受干旱、冰雹等自然灾害影响，产量极不稳定，农民往往面临“看天脸色”的被动局面。
管理粗放：资源浪费
人工管理难以精准控制水肥施用量，不仅造成水资源和肥料的浪费，还可能导致土壤板结和环境污染。
智能大棚：实时监测
通过部署各类高精度传感器，全天候实时监测温湿度、光照、土壤墒情等关键环境参数，数据一目了然。
智能大棚：自动调节
基于监测数据自动调节卷帘、通风、灌溉等设备，为作物提供恒定、最佳的生长环境，实现增产增收。
PART 3 新知讲解
（苏科2024版）九年级
上
03
新知讲解
一、核心物理原理：传感器
温度传感器 (DS18B20)
工作原理：
利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性。温度升高时，电阻值减小，从而将温度变化转化为可测量的电信号变化。
湿度传感器 (DHT11)
工作原理：
利用湿敏电容的电容值随湿度变化的特性。湿度增加时，感湿层吸水膨胀，导致电容值增大，实现湿度到电信号的转换。
03
新知讲解
二、核心物理原理：执行器
执行器实物与应用
01. 小风扇 (降温)
核心为直流电机，通电线圈受力转动带动扇叶，实现大棚通风降温。
核心原理：磁场对电流的作用
工作机制解析：
执行器是控制系统的“手脚”。当直流电源接通时，电流流过电机内部的线圈。根据左手定则，通电线圈在固定磁极产生的磁场中会受到安培力的作用而旋转，从而将电能转化为机械能，驱动负载工作。
03
新知讲解
三、核心控制器：电磁继电器
电磁继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路通断的装置。
实质上是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。
03
新知讲解
（1）电磁继电器工作实例
①温度自动报警器
制作水银温度计时在玻璃管中封入一段金属丝，当温度达到金属丝下端所指的温度时，电铃就响起来，发出报警信号。
03
新知讲解
（1）电磁继电器工作实例
②水位自动报警器原理
当水位上涨时，水与金属A接触，由于水（不纯净）是导体，使控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使动触点与下面的静触点接触，工作电路接通，则红灯发光；
当水位下降时，使控制电路断开，电磁铁失去磁性，弹簧拉着衔铁使动触点与上面的静触点接触，工作电路接通，则绿灯亮。
03
新知讲解
①用低电压、弱电流控制高电压、强电流。
②实现安全方便控制。
③实现远距离控制。
（2）电磁继电器的优点
（5）电磁继电器的应用
①利用电磁继电器可以通过控制低电压、弱电流电路的通断来间接地控制高电压、强电流工作电路的通断，使人远离高压环境；
②利用电磁继电器可以使人远离高温、有毒等环境，实现远距离控制；
③在电磁继电器控制电路中接入对温度、压力或光照敏感的元件，利用这些元件操纵控制电路的通断，可以实现对温度、压力或光的自动控制，如防盗报警、防汛报警、温度自动控制、空气开关自动控制等。
03
新知讲解
四、综合实践活动——设计蔬菜温室
【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜,请同学们为学校的劳动基地设计一个蔬菜温室,要求温度控制在20~30 ℃之间。
任务一:设计温室结构。温室设计为玻璃顶的长方体结构,体积为80 m3。由立柱和横梁支撑,墙体四周装有保温层。查阅资料获知,立柱的承重比γ指立柱能承受的最大质量与其质量的比值,能反映承重效率,立柱横截面的形状是影响承重比的重要因素之一,为研究它们之间的关系,利用塑料立柱模型进行实验,发现在其他条件均相同时,横截面为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形模型的承重比关系是:γ三<γ四<γ五<γ六。
03
新知讲解
任务二:设计温控系统。温控系统原理如图甲,控制电路的电源电压为6 V,电阻箱R0的阻值调为90 Ω,热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙。当控制电路中的电流达到30 mA时,衔铁被吸下;当电流降低到25 mA时,衔铁被弹回。已知工作电路中电热丝R的电阻为22 Ω,浴霸灯L标有“220 V 275 W”字样。
03
新知讲解
【交流与评价】如表所示是任务二的部分评价指标,根据评价表对活动进行评价。
等级 优秀 良好 合格 不合格
评价 指标 能自动控制室温在规定范围
内波动,且降温较平缓 能自动控
制室温升
降,且降温
较平缓 不能控制
室温升降,
降温较平
缓 不能控制
室温升降,
也不能平
缓降温
PART 4 课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
04
课堂小结
了解大棚环境控制系统并制作模拟系统.
①调查大棚的基本建设情况.
②了解大棚如何实现温度及湿度的自动控制.
③分析自动控制的物理原理.
④给大棚更科学管理提出合理化的建议.
①设计一个自动控制温度的模拟大棚装置.
②采购相应的实验器材.
③合理组装.
④组装后开机工作检验实际效果.
制作大棚环境控制
系统模型
项目实施
项目分析
项目提出
展示交流
PART 5 典例分析
06
课堂练习
例1. 小德为自家蔬菜大棚设计了一个能对蔬菜实行智能浇水的电路，整个电路的通断可以通过手动控制开关S1或手机远程控制开关S2实现，当大棚内空气湿度小到一定值时，湿度控制开关S3自动闭合，洒水机启动开始浇水，若用电动机工作模拟洒水机浇水，以下简化电路图符合要求的是(　　)
A
06
课堂练习
【答案】A
【详解】由题知，整个电路的通断可以通过手动控制开关S1或手机远程控制开关S2实现，说明两开关能独立工作、互不影响，则S1和S2应并联在干路上；当大棚内空气湿度小到一定值时，湿度控制开关S3自动闭合，洒水机(电动机)启动开始浇水，这表明开关S3也控制整个电路，所以开关S3应串联在干路中，由图可知，只有图A满足要求。故选A。
05
典例分析
例2．如图是栽种蔬菜的大棚内的温度自动报警器的简化电路，它运用了许多物理知识。以下说法中不正确的是(　　)
A．温度计中的水银是导体
B．温度计是根据液体热胀冷缩的性质工作的
C．报警器中的电磁铁运用了电流的磁效应
D．若要提高报警温度，可以增大控制电路的电源电压
D
05
典例分析
【答案】D
【详解】水银是金属，金属是导体，故A正确；温度计是根据液体热胀冷缩的性质工作的，故B正确；此原理是当温度达到一定值时，温度计内水银上升到金属丝处，控制电路工作，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，工作电路接通，电铃响，起到报警作用，所以电磁铁运用了电流的磁效应，故C正确；适当增大控制电路电源电压可增大电磁铁的磁性，但却无法提高报警的温度，故D错误。故选D。
05
典例分析
例3．大棚内的照明灯能根据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原理如图所示，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。
(1)闭合开关S1，电磁铁的上端为________极。
(2)当开关S1闭合，光线变暗时，电磁铁的磁性________，灯泡________(填“发光”或“不发光”)。
N
减弱
发光
05
典例分析
【答案】N 减弱 发光
【详解】（1）闭合开关S1，电流从电磁铁的上端流入、下端流出，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极。
（2）当开关S1闭合，光线变暗时，R2的阻值增大，控制电路的总电阻变大，根据欧姆定律可知，控制电路中的电流变小，电磁铁的磁性减弱，衔铁在弹簧的作用下脱离电磁铁，使得工作电路接通，灯泡发光。
05
典例分析
例4．如图所示，是某实验小组设计的温控器，R0是滑动变阻器，Rt是热敏电阻，它的阻值随温度的升高而减小，控制电路中电流达到一定值时，衔铁被吸合，空调电路接通，空调开始工作。为了节能，将空调启动的温度调高，则应将滑片P向________（选填“左”或“右”）移动，或者适当_______（选填“增大”或“减小”）控制电路的电源电压。
右
减小
05
典例分析
【答案】 右 减小
【详解】[1][2]根据题意可知，衔铁吸合需要的电流是一定的，即控制电路中的电流不变；要将空调启动的温度调高，则热敏电阻的阻值将减小。由欧姆定律可知，当电源电压一定时，电流不变，电路的总电阻不变，由于热敏电阻与滑动变阻器串联，根据串联电阻规律知，热敏电阻阻值减小，滑动变阻器接入电路的阻值增大，即将滑片向右移动；当滑动变阻器的阻值一定时，热敏电阻越小，则电源电压需减小。
05
典例分析
例5．如图所示是某科技馆设置的调光天窗的工作原理示意图，R0为定值电阻，R为光敏电阻。当外界光照较强时，能自动启动电动卷帘适时调整进光量；当外界光照较弱时，能自动启动节能灯给予补光。下列说法正确的是（　　）
A．开关S闭合时，电磁铁的上端为S极
B．当外界光照减弱时，通过电阻R0的电流减小
C．当外界光照减弱时，光敏电阻R的阻值减小
D．要在环境光线更弱时才启动节能灯照明，则
应换用阻值较大的R0
B
05
典例分析
【答案】B
【详解】A．由题图可知，电流从电磁铁的上端流入，根据安培定则可知，电磁铁的上端为N极，下端为S极，故A错误；
BC．当外界光照强度减弱时，能自动启动节能灯给予补光，说明节能灯接入了电路，即外界光照强度减弱时，电磁铁的磁性减弱，即电磁铁中的电流减小，根据欧姆定律可知，控制电路的总电阻增大，由串联电路的电阻规律可知，光敏电阻R的阻值增大，故B正确，C错误；
D．电磁铁的吸合电流不变，控制电路的电源电压不变，根据欧姆定律可知，衔铁被吸下时电路的总电阻不变，要在环境光照强度更弱时才启动节能灯照明，此时光敏电阻的阻值较大，则应换用阻值较小的R0，故D错误。
故选B。
PART 6 课堂练习
（苏科2024版）九年级
上
06
课堂练习
1. 同学们到大棚种植场所进行了实地调研，提炼了一些影响大棚内农作物品质和产量的因素，你认为这些因素中不必考虑的是(　　)
A．大棚内昼夜温差变化
B．农作物每日接受光照时长
C．大棚内二氧化碳浓度波动
D．大棚外行人的日常活动轨迹
D
06
课堂练习
2． 依据光学知识和植物光合作用原理，最适合覆盖大棚的塑料薄膜颜色是(　　)
A．无色透明
B．红色
C．绿色
D．黑色
A
06
课堂练习
3．冬季为实现大棚蔬菜节能保温，可采取多种科学措施：
a．替换老化的薄膜，擦去薄膜的灰尘，目的是：增大薄膜________性。
b．夜间增加覆盖物、用双层薄膜，目的是：提高大棚的________性能。
c．你认为还可以采用的方法是：________________________________________。
透光
保温
加温补充热量，如用火墙、暖气等(合理即可)
06
课堂练习
4．如图所示是一种温度自动报警器的原理图，在汞温度计上部封入一段金属丝，当温度升高到一定程度时（　　）
A．红灯亮 B．绿灯亮 C．两灯同时亮 D．两灯都不亮
A
06
课堂练习
5. 如图所示是某科技小组设计的一种温度自动控制报警装置电路图，关于它的说法正确的是（ ）
A.当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
B.当温度低于90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮
C.当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时红灯亮
D.当温度达到90℃时，报警装置就会响铃，同时绿灯亮
C
06
课堂练习
6.如图是一种“闯红灯违规证据抓拍模拟器”的工作原理图，光控开关接收到红光时会自动闭合，压敏电阻受到压力时其阻值会变小。当红灯亮后，且车辆压到压敏电阻上时，电磁铁的磁性因电路中电流的改变而变_______(填“强”或“弱”)，吸引衔铁与触点_____(填“A”或“B”)接触，电控照相机工作，拍摄违规车辆。
强
B
06
课堂练习
7. 如图所示的是某实践小组设计的液面高度控制电路，其中水槽中的两个金属片A、B可看成最简单的传感器，它与电磁继电器构成___________。电动机的作用是带动水泵向水槽中加营养液，则“液面高度控制”是指控制水槽中________的多少。电动机与指示灯的连接方式是________；当液面情况如图所示时，受控电路的________(选填“电动机”或“指示灯”)工作，此时电磁继电器________(选填“有”或“没有”)磁性；
当液面高度到达金属片A时，受控电路的________(选
填“电动机”或“指示灯”)工作。
控制电路
营养液
并联
电动机
没有
指示灯
Thanks!
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