《从电路开关走向人工智能》教案

《从电路开关走向人工智能》教案教学目标教学目标：（一）知识与技能1.认识传感器及其作用；2.会组装简单的传感器电路；3.会组装语音智能机器人；4.会操作语音智能机器人了解各组成部分的功能。（二）过程与方法1.通过观察传感器电路引起的现象，认识传感器及其作用；2.通过组装传感器电路和语音智能机器人，掌握电路的连接方法；3.通过观察、操作智能语音机器人，学习智能设备使用的一般方法。（三）情感、态度价值观1.经历观察、制作、体验等过学习过程认识智能设备给人们的生产和生活带来的方便；2.在实践活动中培养学生的创新能力，了解新时代科技发展的方向，树立科技服务社会的意识。教学重点：了解组装生活中的各种开关，控制电路教学难点：组装语音智能机器人教学过程时间教学环节主要师生活动新课引入神奇的“魔力小灯”师：同学们请看，这儿有我自制的一个神奇的“魔力小灯”，现在我想要它发光，应该怎么做呢？师：对，只需要闭合开关就可以了（视频演示：闭合开关小灯发光）。除开关以外小灯中还应该有什么？师：灯泡要发光，还需要有电源和导线，就像这样一个电路（视频演示：简单电路），断开开关灯泡熄灭，闭合开关灯泡发光。师：还有其它方法控制灯泡发光吗？请同学们观察下面的实验分别是用什么方法控制小灯的？（实验视频：磁控、光控、声控、温控）师：在刚才的实验中，我们用了哪些方法控制了小灯泡的发光与熄灭？我们先来看第一种方法（实验图片：磁控小灯），当手掌靠近小灯时，小灯便发光，离开时，小灯熄灭，难道手掌有“魔力”？看一下老师手上戴的戒指你就知道了！（实验视频：磁性戒指吸回形针）。原来戒指是一块磁铁，它控制了一个磁控开关——干簧管（实验图片：干簧管）。再来看第二种控制方法（实验图片：声控小灯），是用什么控制的？对，是声音！这是一个声控模块开关（实验图片：声控模块）。再来看第三种控制方法（实验图片：光控小灯），是用什么控制的？对，是光！这是一个光控模块开关（实验图片：光控模块）。第四种又是用什么控制方法控制的小灯呢？（实验图片：温控小灯），对，是温度！这是一个温控模块开关（实验图片：温控模块）。传感器传感器师：像干簧管、光控模块、声控模块、温控模块等元件，可以将磁性、光强、声音、温度等非电学量，在一定条件下转化为电学量，实现对电路的控制，我们就把这样的元件称为传感器。所以，传感器：把非电学量转换为电学量或电路的通断的元件叫做传感器师：因此，人们可以利用传感器方便地进行测量、传输、处理和控制。在实际的生产和生活中有着广泛的应用。传感器的作用师：在今年的疫情防控期间，我国的许多火车站为进一步加强疫情防控工作，增加了多项无接触进站技术设备。请同学们观察下列进站设备中可能用到了哪些传感器？（实物图片：自动感应门、红外测温、安检门、检票闸）。在这些装置中分别用到了体感、红外、磁控、光控等多种传感器。人们便可以在不接触设备的情况下安全进站，减少了病毒的接触传染。那么，传感器是如何接入电路的呢？组装传感器电路认识传感器模块师：首先我们来认识一下传感器，干簧管实质是由两个软铁片组成的开关，使用时只需要将软铁片的两个接线柱接入电路就可以了。而光控、声控和温控模块有3—4个接线柱，需要连接的是VCC、GND、DO(OUT)三个接线柱（传感器图片）。这是我们实验时用到的线路板。传感器模块电路图＋－师：电路图如图所示，我们分别用干簧管、光控、声控和温控模块来控制发光二极管。＋－干簧管与用电器串联接入电路，传感器模块的VCC和GND两个接线柱分别连接电源的正负极，DO(OUT)与用电器的接线柱相连。认识了电路图后，现在就来连接电路吧！组装传感电路研究其作用师：请看电路的连接过程，实验中注意将观察到的现象记录到实验数据记录表格中。师：请你根据实验观察到的现象，总结一下传感器开关的作用吧，据此现象你还哪些创新设想？并把你的设想写在学案的表格下面，与同学们分享一下。语音互动机器人认识智能语音机器人师：传感器在当代的各种机器人身上也有广泛的应用，大家看这是一款能够语音互动的机器人，你知道在它身上主要用到了什么传感器吗？对，声音传感器，而且是能够识别语义的高级传感器，这种传感器的元件一般都与主板整合在一起。组装智能语音机器人智能语音机器人的组成师：我们准备组装的这款智能语音机器人主要由以下组成部分（元件图片）。主板：这是智能语音机器人的大脑，机器人上的元件都要连接在主板上的对应插孔，相关的交互信息也将在主板上处理。在它的另一面还有五个按键，分别可以控制机器人播放上一曲、下一曲，还有模式键、微信键和语音（翻译）键，按动它们可以改变智能语音机器人的功能。话筒：是智能语音机器人的获取声音信息的关键元件，它与主板上相关元件组成声音传感器，实现人机对话，相当于机器人的“耳朵”。喇叭：相当于机器人的“嘴巴”，人机对话时，机器人通过喇叭发出声音。电池：为整个机器人工作提供能量。音量开关：控制机器人是否工作，同时还可以控制语音机器人的音量。眼睛灯、耳朵灯：主要用于显示机器人的工作状态，以及机器人装饰。智能语音机器人的外观设计师：下面我们一起来组装一个智能语音机器人。首先需要给机器人做一个外壳，现在大家看到的是用一个圆纸筒制作好机器人外壳。当然你也可以选你喜欢的盒子来给机器人做外壳。第一步，将纸筒分成两部分请看制作过程，先沿纸筒桶底部画一条直线，再沿纸筒筒纵向中间部位画两条直线。最后沿画好的线将纸筒切成两部分。第二步，确定各元件的位置现在纸筒底部找准五个按键的位置，再确定眼睛灯、耳朵灯、话筒、喇叭和开关的位置。然后在确定的位置开出不同形状的孔。第三步，固定机器人的元件首先将机器人主板固定在纸筒底部，然后将耳朵灯、眼睛灯、喇叭、话筒、开关、电池等，分别插别接在机器人主板上。并将这些原件固定在机器人的外壳上。下面我们一起来组装一个智能语音机器人。首先需要给智能语音机器人做一个外壳，我们用一个圆纸筒来做，当然你也可以选你喜欢的盒子来做机器人的外壳。现在大家看到的是已经制作好的机器人外壳。请看制作过程（视频：1.制作外壳2.安装元件）组装智能语音机器人师：请按主板上对应的插孔，插接机器人的各元件。（演示视频：连接），连接时注意插头对准插槽，眼睛灯连接时需要先将压片掀开，然后有导线一面向下，并用压片压紧。现在我们的机器人做好了，只要给机器人配上网它就可以变得更聪明了，如何配网呢？同学们参照《学生资源》中的配网步骤进行操作就可以了。你还可以关注“小思智能课”公众号，你将会获得更多人工智能机器人的资料，开展更加深入的学习。小结同学们，通过今天的学习我们初步了解了一些简单的传感器及其应用，并通过组装智能语音机器人了解了高级语音传感器的功能和应用，实际上在生活中还有很多功能不同的传感器，请同学们继续深入观察生活中还有哪些传感器的应用，并查阅相关资料了解它们，开发出它们更加实用的装置！综合训练一、选择题(本大题共10小题。下列各题给出的四个选项中,只有一项符合题意)1.下列说法正确的是()A.物体所带的电不是正电就是负电B.带电的物体只会吸引带异种电荷的物体C.摩擦起电就是创造了电荷D.电流方向与电子定向移动的方向相同2.用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近一轻质小球,它们相互吸引,则小球()A.一定不带电B.一定带负电C.一定带正电 D.可能不带电3.带正电的金属球甲和不带电的金属球乙用金属棒接触后,乙球也带了电。对于这个现象,下列说法正确的是()A.甲金属球上的一部分正电荷转移到了乙金属球上B.乙金属球上的一部分电子转移到了甲金属球上C.金属棒上的瞬时电流方向是从乙向甲D.金属棒上自由电子定向移动的方向从甲向乙4.关于导体和绝缘体,下列说法正确的是()A.绝缘体对电流的阻碍作用大,但能够带电B.金属能够导电的原因是金属里面的电子都能自由移动C.能够导电的物体叫导体,不能导电的物体叫绝缘体D.绝缘体不能导电的原因是绝缘体内没有电子5.某同学利用图示电路研究并联电路电流的规律。闭合开关S再迅速断开,发现接通电路的短时间内,两只小灯泡均发光,电流表的指针正向偏转超过最大刻度。产生这种现象的原因可能是()A.小灯泡L1发生短路B.小灯泡L2发生短路C.电流表使用的量程小了D.电流表的接线柱接反了6.如图所示,汽车装有日间行车灯,可以提高行车安全。当汽车启动时,S1闭合,日间行车灯L1立即亮起;再闭合S2,车前大灯L2也亮起。符合这一情况的电路图是()7.如图所示,电路中能正确测量流经L2的电流的电路是()8.电路如图所示,下列分析正确的是()A.只闭合S1时,L2发光、L1不发光,A2测L2电流B.只闭合S2时,L1发光、L2不发光,A1测L1电流C.闭合S1、S2时,L1、L2并联,A2测L2电流D.闭合S1、S2时,L1、L2串联,A1、A2示数相等9.如图所示,在探究并联电路中的电流关系时,小明同学用电流表测出A、B、C三处的电流分别为IA=0.5A,IB=0.3A,IC=0.2A,在表格中记录数据后,下一步首先应该做的是()A.整理器材,结束实验B.换用不同规格的小灯泡,再测出几组电流值C.分析数据,得出结论D.换用电流表的另一量程,再测出一组电流值10.如图甲所示,A1的示数为1.2A,A2的示数如图乙所示。下列判断正确的是()A.通过L1的电流为0.7AB.通过L1的电流为1.2AC.通过L2的电流为1.2AD.通过L2的电流为2.5A二、填空题11.如图甲所示,开关S闭合时,电流表A1与A的示数如图乙、丙所示,则电流表A2的示数为。

12.在如图所示的电路中,若使两灯串联,应闭合开关,断开开关;若使两灯并联,应闭合开关,断开开关;若闭合开关S1和S2,断开S3,则灯__________发光;若闭合开关S2和S3,则会出现电源现象。

13.用塑料棒摩擦毛衣,塑料棒能够吸引纸屑,说明带电体具有的性质,如果用塑料棒接触验电器金属小球(如图所示),验电器的金属箔片张开,这是因为箔片带(选填“同”或“异”)种电荷相互排斥,摩擦起电的实质是在物质间转移。

14.从显像管尾部的阴极发射出来的电子,高速撞击到荧光屏上,使荧光屏发光,则该电子束的电流方向是从流向。

15.在用电流表研究并联电路中电流关系的实验中,小王同学测出干路中电流为0.5A,通过灯L1的电流是0.2A。现要测出通过灯L2的电流,由同组的小张同学负责改接电路,小张改接后的电路如图所示。你认为改接后的电路主要错误为(1)_________________________________________________________;

(2)_________________________________________________________。

三、作图题16.火车在车厢后面有两间厕所,只有当两间厕所的门都关上时(每扇门的插销相当于一个开关),车厢中的指示牌内的指示灯才会发光,指示牌就会显示“厕所有人”字样,提醒旅客两间厕所内都有人,请你把图中的各元件符号连接成符合上述设计要求的电路图。四、实验题17.小明用两只灯泡连接电路并闭合开关后,发现两灯都亮。由于连线较乱,一时无法确定电路是串联还是并联,以下是小明设计的两种判断方法。方法一:把其中一只灯泡从灯座上取下,另一只灯泡会熄灭,则两只灯泡一定是串联的。方法二:把任意一根导线断开,两只灯泡均熄灭,则两只灯泡一定是串联的。小明设计的两种方法中,方法一(选填“可行”或“不可行”);方法二(选填“可行”或“不可行”),理由是。

18.图甲为探究并联电路电流规律的实验电路图。(1)若要测量干路电流,则电流表应串联在图甲中的(选填“A”“B”或“C”)处。

(2)若要测量A处的电流,在连接电路闭合开关前,发现电流表指针位置如图乙所示,调整正确后闭合开关,发现指针又偏向图乙位置,其原因是。

位置ABC电流/A0.180.180.36(3)纠正(2)中错误后,测出A、B、C三处的电流值如上表,由此得出结论:并联电路中,干路电流等于各支路电流之和,且各支路的电流相等。这个实验在设计方案上还存在的不足之处是:。(写出一条)

五、综合题19.电路如图所示,当开关S1接C、S2接B时,电流表的读数是0.35A,求:(1)通过L1和L2的电流;(2)当S1接C、S2接A时,电流表的示数是0.6A,则通过L2的电流是多少?综合训练1.A自然界中只有正负两种电荷,所以物体所带的电不是正电就是负电,A正确;带电的物体还能够吸引不带电的轻小物体,B错误;摩擦起电的过程是电子发生转移的过程,并不是创造了电荷,C错误;物理学规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,D错误。2.D毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷,带负电的橡胶棒可以吸引带正电的小球,也可以吸引不带电的轻质小球,因此选项D正确。3.B带正电的甲金属球缺少电子,它和不带电的乙金属球用金属棒接触后,由于乙球上的电子转移到了甲金属球上,从而使乙金属球失去电子而带正电,故B正确。4.A绝缘体对电流的阻碍作用大,不容易导电,但能带电,故A正确;金属是导体,金属能够导电是由于金属里面有大量的自由电子,故B错误;根据定义可知,容易导电的物体叫导体,不容易导电的物体叫绝缘体,故C错误;绝缘体不能导电的原因是绝缘体内部几乎没有能自由移动的电荷,故D错误。5.C两只小灯泡均发光,说明不可能发生短路,而电流表的指针正向偏转超过最大刻度,说明电流表的量程选小了。6.D由选项A中电路图可知,只闭合S1时,两灯泡均不亮,A不符合题意;由选项B中电路图可知,只闭合S1时,两灯泡都亮,再闭合S2时,L1不亮,B不符合题意;由选项C中电路图可知,只闭合S1时,车前大灯L2亮,再闭合S2时,日间行车灯L1亮,C不符合题意;由选项D中电路图可知,只闭合S1时,日间行车灯L1亮,再闭合S2时,车前大灯L2亮,故D符合题意。7.C选项A中电流表测流经L1的电流,选项A错误;选项B中电流表测干路电流,选项B错误;选项D中电流表与导线并联,被短接,选项D错误;只有选项C符合题意,故选C。8.C只闭合S1时,电流表A2和L2断路,L2不发光,选项A错误;只闭合S2时,电路断路,L1和L2都不发光,选项B错误;闭合S1、S2时,L1和L2并联,A2测L2的电流,A1测干路电流,故选项C正确,选项D错误。9.B为寻找更具普遍性的规律,应换用不同规格的小灯泡多测几组数据。10.A由题图可以看出A1测干路的电流,其示数应大于A2,所以题图乙的示数为0.5A,根据并联电路电流的关系可求出通过L1的电流为0.7A。11.解析电流表A测干路电流,电流表A1测L1支路电流,由并联电路电流的特点可知电流表A1测得的示数要小于电流表A测得的示数,那么电流表A1的示数只能是0.4A,电流表A的示数只能是1.5A,从而就计算出电流表A2的示数I2=I-I1=1.5A-0.4A=1.1A。答案1.1A12.解析若使两灯串联,电路中只有一条电流路径,电流从电源正极出发经过L2、L1、开关S2回到电源的负极。若使两灯并联,电流从电源正极出发分别经过L1和L2后会聚经过S1回到电源的负极。若闭合开关S1和S2,断开S3,则S1将L1短接,L2能发光。若闭合开关S2和S3,会发生电源短路现象。答案S2S1、S3S1、S3S2L2短路13.解析用毛衣摩擦过的塑料棒带了电荷,由于带电体能够吸引轻小物体,所以当其靠近纸屑时,纸屑会被吸引过来;当验电器与带电的塑料棒接触后,验电器的金属箔片上都带了同种电荷,由于同种电荷相互排斥,所以两个金属箔片会张开;摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,即摩擦起电的实质是电子在物质间转移。答案吸引轻小物体同电子14.解析物理学中规定,正电荷定向移动的方向为电流的方向,负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。由于电子带负电,电子从阴极向荧光屏运动,则电流方向是从荧光屏流向阴极。答案荧光屏阴极15.解析根据并联电路电流的特点I2=I-I1=0.5A-0.2A=0.3A,量程选0~0.6A合适。答案(1)电流表与