光学4-激光防盗讲义

小小发明家系列课讲义光学模块第四讲：激光防盗一、课程目标知识学习目标：1.重点掌握激光的三个特点：亮度高“最亮的光，能量大“最快的刀，方向集中“最准的尺。2.重点了解激光防盗的工作原理激光模块发射出激光光敏传感器接收激光，能检测到激光时蜂鸣器不响，而检测不到激光时蜂鸣器发出报警声。3.一般了解激光理论的提出及实现。4.一般了解激光防盗的应用。探究学习目标：1.通过观看激光视频，让学生了解什么是激光。2.通过激光发展历史趣味故事激发学生对激光的兴趣3.通过激光实验演示和互动参与激发学生主动思考和探索，学习掌握激光的特点和应用，体验科学的乐趣火星盒子制作目标：1.观察和认识激光防盗的组成部分和主要元件2.在教师指导下动手组装完成激光防盗的制作3.学会激光防盗的使用方法和生活应用场景二、课堂组织形式1.组织开放式问题讨论2.问答式课堂互动3.随堂趣味测试题4.融入趣味故事讲解5.设计互动探究实验6.火星盒子制作演示和指导7.课后习题巩固三、课堂准备名称内容来源备注1PPT课件课程全流程演示文稿火星人课件2组装制作说明视频组装制作激光防盗的说明视频火星人备课视频组装流程视频说明3互动实验教具“激光照气球：激光笔（Laser33、手电筒、气球（彩色气球需要薄一点的、黑色记号笔“激光流水：激光笔（Laser33、塑料水瓶一个在塑料瓶侧面扎一个小孔、水盆、水“游标卡尺”展示“光纤灯”展示需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）激光笔（Laser303）为火星教具/教师自行采购准备可选如无此设备，可自行采购选用类似其他设备代替（使用方法参考火星人备课视频）4学生组装器材及工具火星盒子——激光防盗（每人一套、螺丝刀（每人一套）火星盒子需按学生数量在商城订购螺丝刀需根据学生数量由教师提前准备。注意事项：火星盒子和螺丝刀提前收好，需要在理论讲解之后再发给学生如果在课前即摆在学生面前，会极大分散学生的注意力，不利于理论知识讲解和课堂互动。5课后习题考核本科学习知识点，客观题+主观题本讲义最后部分四、详细上课流程本节课括课热和7步具体：（首先通火星讲解课的故景。（通过提及知谱讲解式回节内容。（）第-5步为论讲解时长需在0分钟内，过近视手术激光，实验式认识光是很大的能的和通光进区过实验了解的三个（亮“最的能量最快，方向集“最尺过生的现象学习的应学激防盗的激模块发出激光敏传感接收，能检到激蜂鸣器响，测不到光时器发出警）（）第6步为动手操组装激光防，需指导、护秩保证安，时制在-5分钟。（）第7步为总结，长为0钟。（）第8步为作业布，把内容延到生。（总时长为120分钟，预留5-10分钟休息时间）上课步骤主要内容注意事项【课堂预热自我介绍+背景引入【对应PPT】火星来信【时长】3min【新学员介绍】如果不是首节课，则不需要完全进行，重点介绍新学员与老学员互相认识，快速融入班级【情景引入】最近我看到一个你们地球上超级酷的表演，就是一个人要穿过很多条绿绿的线，如果不小心碰到还会报警，地球小伙伴们你们知道这个是什么吗？（播放视频）【衔接话术】小火星还给我们发来了视频，我们一起看看他说的到底是什么。（1）不要在课程开始时发给学生盒子器材，会分散学生注意力。（2初步认识产生基本信任感，减少紧张和陌生情绪。【知识回顾】回顾上节内容【对应PPT】复习内容【时长】3min【讲解】有小朋友知道这是什么吗？可以猜一猜吗？这节课我们就来学习一下他。在学习之前呢，我们先来复习一下上节课的内容。【讲解】复习巩固上节课的内容【第1步】什么是激光【对应PPT“什么激光？”部分【时长】15in【衔接话术】这个光呢有些小朋友已经猜对了，就是激光。那什么是激光呢，老师也是最近听说的，因为老师最近近视眼越来越严重了，听说有个近视眼手术可以一下子把近视眼治好，以后就再也不用戴眼镜了，做手术的时候不会要用刀把我的眼睛割开吧，太恐怖了后来我查了一下资料发现原来这个手术使用激光来切眼睛的，通过近视眼手术引入激光展示激光和普通光的图片。哎，激光我们用了这么多节课也没见它把桌子切开啊，怎么能用来给眼睛做手术呢？那就先来了解一下激光（此时播放激光和普通灯光图片）【提问】同学们，图片上展示的就是激光和灯光，他们两个是一样的光么？他们看上去有什么不一样吗？【衔接话术】看上去就是颜色不一样而已，没有什么特别的，那为什么说激光能做手术呢？普通光不能吗？实验注意1、此激光笔在做实验时不要让孩子们接触，激光笔有安全锁，做完实验以后要锁好安全锁，同时不要让学生拿到手里防治好，安全，千万不要让小孩子们用激光笔相互照射眼睛2、在实验时可准备护目镜，让学生实验时带好。3、此实验涉及激光笔功率较大，【衔接话术】那我们来看看激光和普通光有什么不一样，让我们做个实验看一看。【实验/游戏】实验一：激光照气球实验材料激光笔手电筒气（彩色气球需要薄一点黑色记号笔实验步骤：1用激光笔和手电筒分别照射彩色气球照射5秒钟左右观察现象。2、将气球用黑色记号笔画一个小点（黑色能够更好的吸收光，然后用激光笔和手电筒照射气球上的黑点部分，照射一会儿后观察现象。【讲解】总结实验现象，为什么当彩色气球用笔画上黑点以后更容易爆炸。因为黑色吸光，所以能够吸收更多的激光，最后更容易爆炸。但是普通手电筒的光照到是不会爆炸的，因为能量小。【总结】激光比普通光厉害，有更强的能量，所以激光照射到气球上，气球会爆炸，而普通光不会。所以一定不要让学生接触，并且按照规范进行操作，如果不能按规范操作此实验可选作。。【讲解】为什么激光的能量更强呢？这就要讲到光子了，其实啊生活中的照明灯，他们当中都是存在着非常非常小的光子，一打开开关，我们的灯就会发出无数的光子啦。而照明灯所发射出来的光子是四面八方发射出来的，就像是一放学之后所有的同学们都四面八方的跑去回家找妈妈吗啦所以一个很小的灯泡可以照亮整个屋子我们的激光是怎样的呢,激光就不一样啦，我们的激光的光子非常的团结，不像是别的光子一样一盘散沙，激光所发射出来的光子就像一队军人一样，排成一个整齐的队伍，心往一处想，劲往一处使，这导致它们所向披靡，威力巨大，以至于，人们过去常把激光称为“死光。【随堂小测试【提问那么激光这么厉害我们能不能把激光灯当成我们头顶上的这个照明灯用呢？【讲解】答案是肯定不能，要不然就会变成这个样子（图片展示）有很多激光在发光可是还是没办法照亮整个教室。【提问】激光是不能用来照明了，那他和普通光还有没有什么区别呢？小朋友们，还记得光速是多少吗？【提问】那激光这么厉害？你们说激光的速度和太阳光的速度是一样的么？【讲解】其实激光和阳光是一样的，他们的速度都是3亿米每秒，其实本质上来说他们都是一样的，都是有光子组成的。用PPT上的图片做类比比较光和激光的不同顺带回顾前几节课知识【第2步】激光的发现【对应PT“谁发现了激光？”部分【时长】5in【衔接话术激光这么厉害还和我们正常光有很多不一样的地方，那么最早是谁发现的激光呢？【讲解】是科学家爱因斯坦100多年前最提出了激光的原理。那么爱因斯坦是谁呢？就是图片上这个老爷爷。【故事】详细故事见附2【讲解】那么他提出来的激光原理是什么呢？我们知道激光不是自然光，自然界中都是不存在激光的。我们说光源是由很多我们看不见的小粒子组成的的，这些小粒子平时是很乖的，但是一旦受了外界刺激以后就会发生变化，这样就产生了激光。【讲解爱因斯坦提出了这个原理40年以科学家汤斯和他的学生肖洛验证了激光的原理。制作了世界上第一台微波激射器。汤斯被誉为激光之父。【第3步】激光特点【对应PPT“激光哪些特点？”部分【时长】30in1、最亮的光【衔接话术】虽然激光和普通光都是由光子组成的，但是我们还是发现激光的能量确实比普通光要强，那激光就这么一点厉害的吗？”其实激光还有很多厉害的地方，他又三个特性，激光被称“最快的刀“最的尺“最亮的光为什么这么说呢？老师来带大家了解一下。【衔接话术】有的同学可能要问啦，为什么激光是最亮的光呢？难道比太阳还要亮么同学们如果在冬天的时候，太阳好的时候，大家如果要晒太阳的话会觉得身上很暖和对不对，而且我们直接用肉眼去看太阳会感觉很晃眼睛，眼睛不舒服对不对，但是老师要在这里强调一个事情，就是绝对不可以拿激光照射人的眼镜，因为最强的激光可以比你拿眼镜看太阳强了几千万倍！所以在看激光时候最好带上护目镜来保护我们的眼睛。通过激光的这种特性发明出来一个武器激光炮！就像是这种武器一样（播放激光武器视频。【衔接话术】激光炮有这么大的威力，可以摧毁一架无人机。那么小型一点的激光笔，像老师手里这个能爆掉一个气球，那么如果比我手里这个激光再强一点的激光能爆多少个气球呢？你们来猜一（问答互动那看看你们有没有猜对咱们一起看一下视频看看有多少个气球被爆掉了。播放视频)2最的刀【衔接话术】激光为什么会被认为是一种最快的刀呢？光和刀有什么关系？难道是星球大战里的激光剑一样么？当然不是啦，我们看一下这个东西，他叫做激光切割机，这个切割机可以很轻松的把4-5厘米厚的铁板切成我想要的任何形状。因为激光所发射出来的光很团结，都向着一个点发射，会产生数千度至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。教师展示游标卡尺（选做），3、最准的的尺【提问】同学们你们有办法测出来地球到月亮的距离吗？想想我们生活中有什么测量距离的东西？【讲解】一把尺子大概都是20厘米或者15厘米左右，卷尺，米尺测量的距离长一点，在几米左右。【讲解】那么你们有没有见过这种测量仪器？他的名字叫做游标卡尺。在生活中不太常用，看到这两个小爪子了吗？他们就可以测量的时候伸进容器的内部，同时他们特别精确，最精确的能够测到0.02毫米，和的头发丝差不多细。这些测量的距离都太近了，有没有什么测的远的呢？【讲解有同学想到了超声波测距仪非常的棒我们的超声波测距仪很厉害，但是他能够在宇宙中测量吗？【讲解】声音音不能在真空中传播，所以，没有办法到宇宙中去测量。【衔接话术】考虑到传播问题的话，光就可以测量啦。【讲解】我们之前学习过的一个知识点，光是按照直线传播的。而我们去量距离当然也是去测量他的直线距离同时我们还使用了光反射的原理。按道理说也是可以测量的但是真的测量的时候，就会发生很多问题。一个聚光灯的光已经很集中了，但是他传到月球上会变成一个超级大光斑，测量的距离会非常的不准确。但是激光测距就准确了，从地面上发射的一束极细的激光束，到达月球表面时也只发散成直径1m多的光斑他不会扩大很多，而他也会反射回来一些光，虽然这些光是我们肉眼所无法看到的，所以科学家就会使用一种可以接收到这个光的仪器。这个时候计算机就会计算当发射激光的时候会开始计时，而接受到激光的时候我们就会停止计时啦。现在我们得到光从地球跑到月球的一个来回的时间啦而光速是不变的0万千米每秒一到学题就诞生啦，知道速度知道时间，同学们能不能计算出他的距离呢？别忘啦要除以2啊，因为计时时间是光跑了一个来回的时间。【第4步】激光应用【对应PPT“激光有么用”部分【时长】10min【衔接话术】讲了这么多我们都知道激光很厉害，有三个特性，那么在我们的生活中具体有什么应用呢？【讲解】其实激光可以帮我们美容，激光美容是将特定的激光光束透过皮肤表面，破坏皮肤里的色素细胞和色素颗粒，碎片经由体内的细胞处理吸收，安全不留疤痕，高效的实现美白的目的。【衔接话术】打印机大家都认识，有没有人知道他是怎么把文字写到纸上的呢？【讲解】激光打印机是利用感光鼓部分将墨吸起来进行打印的，激注老师可根据上课时长选择选讲应用部分内容，光的作用是在不需要墨粉的地方进行照射，这样照射过的地方就不会吸起墨粉了，这样我们就能通过激光控制要打印哪些部分了。激光打印机打印质量好，无噪音，速度快【衔接话术】同学们有没有人听说过光纤上网？现在的网速越来越快了，那么家里把网络传过来那根线到底是什么做的呢？是普通的电线吗，那里面传输的到底是什么呢，也是电吗？【讲解】其实现在很多家庭都用上了光纤上网，网线里面就是用激光传输数据的，我们通过改变光的强度记录不同的信息，这样就能把数据传输过来啦。【衔接话术】激光在光纤里面是怎么传播的呢？我们用一个实验来看一下。【实验/游戏】激光流水实验材料：激光笔（Laser303、塑料水瓶一个(在塑料瓶侧面扎一个小孔、水盆、水操作过程：1、在瓶子里加满水使水能从小孔流出，盆子放在下边接水2用激光笔从瓶子对侧对准小孔垂直照射水杯发现激光笔顺着水

教师展示光纤灯（选作）流下。【讲解】我们发现光拐弯了，不是直线了，而是按照水流的方向去传播了。其实呢，光在光纤中就像在水流中是一样的，所以在传播的过程中光信号强度损失得非常小激光很集中，能够看到光束，可传递信息。【衔接话术】有些表或者工艺品里用到的材料都特别坚硬，有些材料比我们的刀还要硬，要是用普通的刀来加工，最后刀坏了也不会有任何作用的，这时候应该怎么办呢？【讲解】我们可以用激光来进行打孔，激光打孔是利用激光照射材料表面，让材料的温度迅速升高，最后被烫出一个窟窿，这样就打孔成功了。那么在一些手表里面会有红宝石作为轴承，这个红宝石比芝麻还要小，要在这上面打孔的话，激光就可以做到啦！【衔接话术】那除了打孔之外，我们也可以控制好激光的强度，让激光完成雕刻的任务。【第5步】激光防盗的原理【对应PPT“激光盗的原理是什么？”部分【衔接话术】激光有这么多应用，那我们可以用激光来干嘛呢？我们还能够做一个激光琴（播放激光琴视频）【讲解】那我们来一起看一下激光琴是怎么工作的。激光琴呢我们【时长】10min 看到在视频中也看到了，当手没有放在中间的时候是没有声音的，但是手放在中间就有声音了。激光琴有两个部分，一个是发射激光部分，另外一个是接受激光的部分，当接收到激光时，激光琴不发出声音，但是当激光被手挡住，接受部分接收不到激光时候，就发出声音。【衔接话术】那我们今天做的东西呢和激光琴很像，只不过不需要这么多的激光了。我们只需要一根激光就能完成，用一根激光做一个激光防盗系统。【讲解】整个激光防盗是由两部分组成的。一个是发射激光的，一

提问引出光控灯中也用过的光敏个是用来接收激光的想一想我们可以用什么来接收激光？非常好，传感器我们在光控灯那一节课学了光敏传感器，可以来检测光的强弱，所以呢，同样在这个地方我们也可以使用光敏传感器。好的我们现在用激光发射器去对准接受器的光敏传感器，这个时候只要有物体通过的时候，那么他就会挡住我的这束激光啦，这时候没有激光照在光敏传感器上，光敏传感器就会判断出有人挡住了光，这个时候就会报警，那么报警时要发出声音的，我们用什么模块呢？今天新学习一个蜂鸣器模块，就和之前的扬声器模块一样，都是可以发出声音的，这样通过蜂鸣器进行报警，通知我们有人进来啦！【第6步】动手制作激光防盗【对应PPT“开始手制作啦”部分【视频辅导】此时可以播放/暂停组装说明视频作为指导。【时长】35-5min①指导学生打开包装盒，将零件分类摆放整齐在自己前方桌面上。（1）物品摆放不要太靠近自己的身体，否则容易掉在地上.（2）螺丝钉长短不一，要分开放置为避免散乱和掉落也可把螺丝和垫片一直放在袋子内。②讲解各元器件的形状和功能，主要的元器件如下：a.激光模块：发射激光1.讲解主要元器件时讲解激光防盗的工作过程:激光模块发射出激光光敏传感器接收激光检测到激光蜂鸣器不响检测不到激光，蜂鸣器发出报警声。b. :b. :（1底座为电源模块+开关依次连接光敏传感器、蜂鸣器模块。底座电源接光敏传感器电源端口。光敏传感器输出端口接蜂鸣器模块。（2）详细安装步骤参考火星人备课视频。【第7步】课程总结【对应PPT“今天学到了什么？”部分【时长】10in老师根据pt里的识图谱回顾本节课学习过的知识要点，然后带领学生完成课后习题【第8步】课程结束【对应PPT】谢谢页面回家以后，将激光防盗给爸爸妈妈展示一下，放在家门口，看看有人进来时候会不会报警。附：课后习题及解析1．关于激光，下列说法错误的是（）A．激光是用人工方法激发出的一种特殊的光．自然界中某些天然物体也可以发出激光．激光可以像刀子一样切除肿瘤2．下列对激光的叙述不正确的是（）A．激光的发光原理和灯泡