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國內統一刊號:CN32—0019
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第413期 總第6052期 2021年09月06日 星期一
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SOS求救信號儀
來源:本站原創 作者:主講人:王堯坤 發布日期:2021-09-06 15:21:44

王堯坤   浙江省紹興市物理高級教師,浙江省之江匯教育廣場省級講師團成員,紹興市首批iTeach教技創新講師團成員,阮高峰名師工作室學科帶頭人,柯橋區STEAM教育專家組成員,曾榮獲新疆維吾爾自治區省市優秀援疆干部人才、紹興市最美教師提名獎等榮譽。

 

項目背景


當你迷失在荒郊野外,手機又沒有通信信號時,怎樣發出求救信號呢?本課就帶大家將TT無人機改裝成SOS求救信號儀,給TT無人機添加一項新技能。二極管是由半導體材料(硅、硒、鍺等)制成的電子器件,在家用電器、電子產品、工業控制電路等領域有廣泛的應用。因SOS求救信號儀涉及一些常用二極管的運用,所以本節課主要介紹了二極管的單向導電性和一些基本特性,并在內容上適當進行拓展,旨在讓學生更好地理解二極管的相關特性及應用,激發學生的學習興趣。


教學目標


1.了解PN結,知道二極管單向導電性及應用,熟悉常見的二極管及其符號。


2.了解SOS信號及TT無人機LED的特點和作用。


3.通過項目學習,培養學生基本的理論與實際相聯系的能力和探索新知識的興趣。


教學重點與難點


教學重點 二極管的單向導電性和二極管的應用。


教學難點 二極管的單向導電性。


教學準備


TT無人機、TT無人機拓展板、常用二極管、面包板、電源、導線若干。


教學過程


一、引入新課


師:在日常生活中,當我們遇到危險的時候,該如何求救?你能想到哪些辦法?


學生思考討論并簡要回答。


師:今天我們利用二極管和TT無人機等硬件制作一個SOS求救信號儀,首先讓我們來了解相關的知識。


二、講解知識原理


教師簡要講解二極管的工作原理:二極管是由P型半導體和N型半導體燒結形成的PN結界面,在其界面的兩側形成空間電荷層,構成自建電場。當外加電壓等于零時,由于PN結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態,這就是常態下的二極管特性。當給PN結外加正向電壓時,在外加電場的作用下,PN結的平衡狀態被打破,P區中的空穴和N區的電子都往PN結方向移動,空穴和PN結P區的負離子中和,電子和PN結N區的正離子中和,這樣就使PN結變窄,如圖1。隨著外加電場的增加,擴散運動進一步增強,漂移運動減弱。當外加電壓超過了門檻電壓,PN結就相當于一個阻值很小的電阻,也就是PN結導通。這就是二極管的單向導電性。

三、實驗探究:二極管單向導電性


師:下面請同學們分小組搭建一個串聯電路,通過實驗觀察探究哪邊是發光二極管的正極。同時,請大家閱讀收集二極管的相關資料,稍后我們一起來探討。


學生按小組進行實驗探究。

二極管分為普通二極管(電路符號如圖2)和發光二極管(電路符號如圖3)。利用不同特性的半導體材料,能使電能與光能相互轉換,可以制成發光二極管。發光二極管是能發出紅外、紅、黃、綠、藍等各種波長的光的二極管,近來又開發出能發出白色光的發光二極管。發光二極管的工作電流一般在3~20mA,導通電壓一般在1.6V以上。一般發光二極管需要串聯一個限流電阻,從而使得發光二極管工作在一定的電流范圍內,同時,一般電流越大,發光二極管就越亮。


師:如何判斷二極管的正負極?


生:普通二極管(如圖4)的極性通常在管殼上用電路符號表示,也可用色環標示,靠近色環一端的電極引線是二極管的陰極。發光二極管(如圖5)引腳長的為正極,短的為負極。

師:發光二極管如果引腳一樣長呢?(提示學生可觀察發光二極管內部)


生:如果引腳一樣長,發光二極管管體內部金屬極較小的是正極,大的片狀的是負極。


師:其實LED燈就是一種發光二極管,它采用固體半導體芯片為發光材料,與傳統燈具相比,環保節能、顯色性好、響應速度快。LED顯示屏是利用發光二極管點陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕,可用來顯示文字、圖形、圖像、錄像信號等各種信息。


師:大家對SOS求救信號有什么了解呢?


生:SOS即S.O.S,它并不是單詞的縮寫,而是國際莫爾斯電碼救難信號。20世紀初,海難事件頻繁發生,因不能及時發出求救信號并最快組織施救,造成了很多的人員傷亡和財產損失。于是,1908年,國際無線電報公約組織正式將“SOS”確定為國際通用海難求救信號。很多人以為SOS意味著“save our soul”(拯救我們的靈魂),其實,這三個字母組合本身沒有實際意義,只因為它的電碼“...---...”(三個圓點,三個破折號,然后再加三個圓點)在電報中是發報方最容易發出、接報方最容易辨識的電碼。它的光線發射方法為:短光——長光——短光。


師:學習了這些知識后,請同學們利用TT無人機編程設計一個SOS求救信號儀。


四、項目實施


步驟1:小組合作探討設計方案,畫出設計的流程圖及程序的流程圖。


步驟2:學生根據自己的設計進行SOS求救信號儀的制作。


步驟3:安裝好TT拓展板,并通過數據線連到電腦端,如圖6。

步驟4:打開Mind+軟件,若電腦端是第一次連接,先選擇左端底部的擴展,然后選擇TT無人機,如圖7。

步驟5:選擇好端口,點擊恢復設備初始設置,恢復好后就可以進行編程了。


步驟6:編程實現SOS求救信號的發送,這里只選擇了其中一個方法,讓LED屏循環顯示SOS,如圖8。學生可以發散思維,根據自己的想法進行編程。

步驟7:程序上傳到設備端后,直接就可以進行測試,如圖9。


五、交流與分享


師:測試完成后,同學們就可以利用App控制TT無人機進行飛行,展示自己的作品了。


教師邀請各小組派代表展示自己的設計流程和作品。


學生進行展示交流,討論各自作品的優缺點,提出改進的建議。


師:課后請同學們根據作品存在的問題進行改進優化,同時查閱資料,了解更多的二極管及分類方法,認識不同二極管的特點。


教學反思


本課在講授二極管和野外求生知識的基礎上,結合TT無人機與Mind+圖形化編程軟件,設計出一款SOS求救信號儀。通過對無人機開源拓展編程的體驗,學生融會貫通了物理、信息技術等學科相關知識,學會了將知識運用到實踐中。本節課培養了學生的綜合實踐能力與動手操作能力,其中,小組合作學習還幫助學生學會了團隊協作,激發了學生的探究興趣,取得了預期的效果。
(本課件由DF創客社區推薦)

 

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