小小發明家系列課講義光學模塊第五講：人體感應燈一、課程目標知識學習目標：1.重點了解光的色散：通過三棱鏡實驗理解復合光（太陽光就是一種復合光）可以分解成單色光；2.重點掌握人體感應燈的工作原理：熱釋電模塊（將紅外線信號變成電信號的模塊）感應紅外線的變化，控制燈亮滅；3.重點了解紅外線的特征及應用；4.一般了解我們為什么看不到紅外線。探究學習目標：1.通過測溫儀的游戲探索互動模式讓學生在玩中學到測溫儀的原理及使用方法；2.通過趣味故事及生活中的科學現象激發學生對身邊的科學產生興趣；3.通過色散實驗演示和互動參與，激發學生主動思考和探索紅外線的由來，體驗科學的樂趣，引導學生自主掌握知識學習目標中的重點。火星盒子制作目標：1.觀察和認識人體感應燈的組成部分和主要元器件；2.在教師指導下，動手組裝完成人體感應燈；3.學會人體感應燈的使用場景和使用方法。二、課堂組織形式1.設計互動參與游戲2.組織開放式問題討論3.問答式課堂互動4.融入趣味故事講解5.設計互動探究實驗6.火星盒子制作演示和指導7.課后習題鞏固三、課堂準備名稱內容來源備注1PPT課件課程全流程演示文稿火星人課件2組裝制作說明視頻組裝制作循跡小車的說明視頻火星人備課視頻組裝流程視頻說明3互動游戲測溫儀游戲：用紅外測溫儀測量溫度火星教具/教師自行采購準備（使用方法參考火星人備課視頻）可選。如無此設備，可自行采購選用類似其他設備代替。4互動實驗教具觀察紅外線實驗：空調遙控器或電視遙控器、手機（帶和攝功即）需教師自己準備（詳細方法參考火星人備課視頻）循跡小車中未用到手機攝像機來觀察紅外線光色散實驗：三棱鏡（或裝有水的透明水杯太陽（或強光手電筒機手電筒）需教師自己準備（詳細方法參考火星人備課視頻）用強光手電筒或者手機手電筒也是可以觀察出來現象的，只是不太明顯。5學生組裝器材及工具火星盒子——人體感應燈（每人一套、螺絲刀（每人一套）火星盒子需按學生數量在商城訂購；螺絲刀需根據學生數量由教師提前準備。注意事項：火星盒子和螺絲刀提前收好，需要在理論講解之后再發給學生如果在課前即擺在學生面前，會極大分散學生的注意力。6課后習題考核本科學習知識點客觀題+主觀題本講義最后部分四、詳細上課流程本節課括課熱和7步具體：（首先通火星講解課的故景。（通過提及知譜講解式回節內容。（第-5步為理論解，時控制需在5分鐘內，通光色散實，穿味故事解知通過課互動完成重知識的色散理）授。（第6步為學生操作組完成感應燈需教導、維秩序證安全時長在-0分鐘。（第7步為課程，時長為0分鐘（）第8步為作業布，把內容延到生。（總時長為120分鐘，預留5-10分鐘休息時間）上課步驟主要內容注意事項【課堂預熱】場景引入【對應PPT】【時長】3in【講解】小火星說最近他在乘坐電梯的時候發生了一件非常危險的事情：在電梯快要關門的時候，為了趕時間不想等下一趟電梯，于是他擠進了電梯，可是沒想到，在他擠電梯的時候，電梯門關閉得很快，在他想著馬上就會被電梯夾成餡兒餅的時候，電梯門突然又打開了。真的是夠嚇人的。要不是電梯自動打開，說不定我現在已經是一塊兒火星餅了。可是我還很好奇，電梯是怎么知道有人快被夾住了，然后自動打開的呢？【銜接話術】雖然小火星沒有受到傷害，但是在乘坐電梯時候我們一定不能搶著上。小火星在信里說，電梯門可以自動打開，這是為什么呢？【講解】其實是因為電梯門上有專門的感應裝置,能夠感受到人是否經過，如果有人在電梯門中間，那么這個正在關閉的門就會迅速停下來并且打開，那它是靠什么感應的呢？其實就是一種光。注意：（1）不要在課程開始時發給學生盒子器材，會分散學生注意力。（2）提醒學生在乘坐電梯時候一定要注意安全。【知識復習】上節課的知識點【對應PPT“內容習”【時長】3min【銜接話術】大家還記得我們上節課學過一種什么光嗎？【提問】帶領學生回顧上節課內容【第1步】紅外線的發現【對應PPT“紅外是怎么發現的？”部分【時長】15-0in【提問】回到我們的電梯間，激光是一種很厲害的光，請問電梯的門是激光嗎？【銜接話術】因此在電梯中并不是激光，因為激光時能看到的，但是電梯里卻看不到，那是什么呢？這種光叫做紅外線，請問圖里的這種紅色的光線是紅外線嗎？當然不是，因為紅外線是人眼看不到的。圖中的是什么啊？是激光。【提問】老師：其實我們之前也用到過紅外線，大家還記得是哪一節課嗎？就是循跡小車，我們的循跡小車就是靠紅外線來找路的，而且我還講到空調和電視機等等這些家用電器的遙控器，是靠什么控制的呢？學生：紅外線。老師：那是老師告訴你們是紅外線，有沒有懷疑老師是亂說的可能并不是呢？紅外線既然看不到怎么證明它們的存在呢？我們要用事實征服懷疑我們的人，今天老師想到了一個辦法，可以讓大家看到紅外線。【實驗/游戲【觀察紅外線實驗】準備：手機、空調遙控器、電視機遙控器實驗過程：1按下遙控器任意按鍵觀察是否可以看到紅外線與之后形成對比。2打開手機攝像頭把遙控器紅外發射端對準手機攝像頭按下任意按鍵。實驗總結：攝像頭中我們是可以看到紅外線的。【銜接話術】在還沒有發明攝像機的年代，科學家們是怎么發現紅外線的呢？【銜接話術】這得感謝牛頓。當時牛頓就拿了一個這樣的裝置，大家知道它叫什么嗎？它叫三棱鏡，他有什么用處呢？哪位同學愿意分享一下，如果你拿到了三棱鏡，你會干什么？【實驗/游戲【光色散實驗】準備三棱（或裝有水的透明水杯太陽（或強光手電筒、注意：（1）學生進行操作時，老師把控手機手電筒）實驗過程：1、學生自己摸索三棱鏡要做什么用？允許出錯時間需要老師把控。2、老師提示或者演示讓學生把三棱鏡放在強光手電筒的光線下，調整角度，出現彩虹。實驗總結：三棱鏡把太陽光變成了7種顏色。好時間和秩序。（2）詳細實驗材料形狀及實驗流程參考視頻。（3）強光手電筒或者手機手電筒效果不是很明顯不過回家后學生容易操作和演示。【講解】通過這個實驗我們發現了什么呢？原來太陽光里不止一種光而是有7中顏色的光那么像這7中顏色的光我們把它叫“單色光像我們看到的太陽白光是由很多光混合在一起的就叫“復合光。【故事】在知道了太陽光有是有這么多顏色的光組成的。1800年，英國物理學家赫歇爾在研究各種色光的熱量時，有意地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住，并在板上開了一個矩形孔，孔內裝一個分光棱鏡。當太陽光通過棱鏡時，便被分解為彩色光帶，并用溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環境溫度進行比較，赫歇爾又在彩色光帶附近放幾支溫度計來測定周圍環境溫度。試驗中，他偶然發現一個奇怪的現象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內其他溫度的示數值高。經過反復試驗，這個所謂熱量最多的高溫區，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發出的輻射中除可見光線外還有一種人眼看不見“熱線這種看不見的“熱線”位于紅色光外側，叫做紅外線。【第2步】紅外線的產生【對應PPT“哪里有紅外線？”部分【時長】10-5min【銜接話術】所以現在大家知道太陽光為什么那么熱了吧？對，是因為它可以發出來紅外線。為什么叫紅外線呢，其實就是因為它在紅光的外頭太陽中還有一種光在紫光的外頭你們知道叫什么嗎？（學生回答紫外線，對，就是紫外線。【提問】老師：我們生活中還有那些地方會有紅外線呢？學生：遙控器、熱水、火、燈……老師：不錯，大家想到了很多哈，但是老師發現，大家提到的很多都是熱的或者會發光的比如說火焰蠟燭熱水等等，那么是只有熱的、發光的才有紅外線嗎？【隨堂小測試】哪些物體可以發出紅外線？【提問】老師：比如人，能發出紅外線嗎？學生：能或者不能老師人的體溫在37攝氏度是會發出紅外線的看來物體能不能發出紅外線和能不能發光并沒有關系。那么如果是冰塊額，大家都知道，冰塊有多少度？學生：0度老師：對，冰塊很冷，那這么冷的東西能發出紅外線嗎？學生：能或者不能老師：實際上冰塊也是會發出紅外線的，只是它發出的紅外線要比人發出的紅外線能量弱很多。那么如果更低的溫度呢？比如冰箱里零下18度的冷凍室，再比如這里的液氮。同學們知道液氮嗎？學生：知道或者不知道老師：液氮的溫度非常低，零下196度，比南極還要冷上二倍。這么冷的東西會發出紅外線嗎？學生：會或者不會老師：這么冷的東西它也有紅外線。只是它的紅外線能量要比冰塊還要弱上許多許多。【總結】一切物體都可以產生紅外線。小到一粒塵埃，大到太空中耳朵星系，都是可以發出紅外線的，只是不同溫度的物體，發出紅?? ()?O.4O.75O.38O.78??【提問】人是看不到紅外線，那有沒有什么動物有特異功能，可以看到紅外線呢？【銜接話術】確實有，比如蛇，在蛇的眼里食物是這樣子的。除此之外，還有牛蛙，金魚，還有吸血的蚊子等等的動物也是可以看到紅外線的，幫助他們更好的尋找獵物。其實動物界很多動物的視野要比人寬很多，還有很多人可以看到紫外線。【第4步】紅外線的應用【對應PPT“紅外線應用”部分【時長】10-5min1、紅外導彈【銜接話術動物可以依靠紅外線捕食那么人看不到紅外線，紅外線對于我們還有用處嗎？當然是有的科學家就根據響尾蛇這種靠紅外線捕捉獵物的本領研發出一種武器，叫做“響尾蛇導彈，在空中發射能夠緊緊的跟著敵方的戰斗機直到把對方炸掉。【視頻紅外武器究竟有多厲害呢？我們一起看一個小視頻。2、紅外熱成像儀【銜接話術前面我們學習到用手機攝像頭是可以看到紅外線的其實我們有專門捕捉紅外線的紅外熱成像儀。【講解紅外熱成像儀檢測到物體發出的紅外線并且把檢測到的紅外線轉變為可見的圖像。【銜接話術我們可以看一下在熱成像儀下不同的情緒，我們身體會發生什么樣的變化。3、紅外測溫儀【提問在熱成像儀下我們能夠看出來身體中哪些部分溫度高，哪些部位溫度低，究竟溫度是多少呢？【銜接話術前面我們講過溫度越高的話發出的紅外線能量越強那我們是不是可以通過檢測紅外線的能量來判斷我們的身體的溫度呢？這就需要一個可以檢測紅外線的測溫儀。【實驗/游戲】準備：紅外測溫儀游戲過程：1、老師演示如何測量人體溫度，可以選一個同學，也可以測量自己的手臂等2、學生知道如何測量后，讓學生測量自己想要測量的東西的溫度。游戲總結紅外測溫儀的測溫原理是將物體發射注意：（1）學生進行操作時，老師把控好時間和秩序。（2）詳細實驗材料形狀及實驗流程參考視頻。的紅外線具有的輻射能轉變成電信號紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度相對應根據轉變成電信號大小，可以確定物體的溫度。4、紅外加熱【講解我們用紅外線測量了溫度還能利用這個溫度來加熱比如家里衛生間的浴霸還有烤箱都是利用紅外線來加熱的。。5、紅外感應門和水龍頭【講解除了熱量之外紅外線還有別的用途嗎？日常生活中我們也經常接觸到紅外線感應的裝置比如紅外感應門，紅外感應水龍頭。【銜接話術】這幾種工具或者是一起都是可以檢測到我們人體發出的紅外線的那么我們這次課來做一個可以感受人體紅外線的裝置【第5步】人體感應燈的工作原理【對應PPT“人體應燈工作原理”部分【時長】5in【講解】它的名字叫熱釋電傳感器。當它檢測到外界環境中溫度的變化，也就是檢測到紅外線的變化時，就會產生電信號，這就是熱釋電效應，如果在它上面安裝一個燈，這個燈就會亮。當然在沒有檢測到紅外線變化的時候，是不會產生電信號的，燈也不會亮。【銜接話術】現在知道人體感應燈是怎么亮的了吧？那我們開始動手制作吧。【第6步】動手制作人體感應燈【對應PPT“開始手制作啦”部分【視頻輔導】此時可以播放/暫停6分鐘的組裝說明視頻作為指導。【時長】40-0in①指導學生打開包裝盒，將零件分類擺放整齊在自己前方桌面上。（1）物品擺放不要太靠近自己的身體，否則容易掉在地上.（2）螺絲釘長短不一，要分開放置為避免散亂和掉落也可把螺絲和墊片一直放在袋子內。②講解各元器件的形狀和功能，主要的元器件如下：a.熱釋電模塊：感受溫度（即紅外線）變化，輸出電信號。1.講解主要元器件時講解人體感應燈的工作過程:當電源接通后，熱釋電模塊能夠接收到人體發出的紅外頻段（如35-38度，如果接收到的紅外強度發生變（增強或者減弱，燈就會起來，如果沒有變化，燈就會熄滅。2.熱釋電模塊外面會加一個菲涅爾透鏡，為了增強對紅外線的接收。3.注意講請電路連接的邏輯關系b.LED燈：輸入高電平點亮，低電平熄滅。【第7步】課程總結【對應PPT“今天學到了什么？”部分【時長】10in③講解連線方式，并指導學生完成連接。連線圖如下（1底座為電源模塊+開關熱釋電模塊電源端口連接電源輸出端口連接LED燈輸入端口。（2）詳細安裝步驟參考火星人備課視頻。老師根據pt里的識圖譜回顧本節課學習過的知識要點，然后帶領學生完成課后習題，習題見附件一。【第8步】課程結束【對應PPT】謝謝頁面回家以后可以和爸爸媽媽一起把人體感應燈布置在客廳、衛生間等地方，看看人體感應燈使用在哪個地方會更方便。附一：課后習題及解析1.人體感應燈是利用下列哪種光？（）A．紫外線 ．紅外線．紅色光 D．激光2.下列關于紅外線說法正確的是？（）A．當物體溫度低時不會發出紅外線．人在晚上不能看到紅外線，只有白天才能看到．紅外線是紅色的D．在正常情況下人眼是無法看到紅外線的3.紅外線在生活中得到了廣泛的應