光学1-光控灯讲义

小小发明家系列课讲义光学模块第一讲：光控灯一、课程目标知识学习目标：1.重点掌握光的直线传播的传播规律：光在同种均匀介质中是沿直线传播的；2.重点了解光控灯的工作原理通过光敏传感器感受光照强度并传递相应电信号，从而控制灯的明灭；3.一般了解光速、光年相关知识；4.一般了解光源及其定义。探究学习目标：1.通过墨子发现光的直线传播的故事激发学生对科学知识的兴趣，更好的掌握和理解光的直线传播的规律。2.通过视频引入光的概念，用类比的方式使学生更好的理解光速等相关知识。3.通过光的传播实验演示和互动参与激发学生主动思考和探索，体验科学的乐趣。火星盒子制作目标：1.观察和认识光控灯的组成部分和主要元件2.在教师指导下动手组装完成光控灯制作3.学会光控灯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光控灯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“光在气体中传播：激光笔、喷壶、水“光在液体中传播：激光笔、水槽（或者方形透明容器、黑卡纸“光在固体中传播：激光笔、玻璃砖、黑卡纸“小孔成“纸杯蜡烛大头针橡皮筋、保鲜袋（或半透明纸）（选做“日食月食演示实验一个强光手电筒（单光源，一个支架，两个大小不通过的不透光球需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）1.303激光笔为火星教具/教师自行采购准备（使用方法参考火星人备课视频可选如无此设备可自行采购选用类似其他设备代替。2.验“光在液体中传播实验需要牛奶是因为需要有丁达尔效应才能够更好的看清光路可以用别的东西代替牛奶有相同效果即可3.“日食月食演示实验选做也可用手电筒乒乓球气球等代替，进行实验。4学生组装器材及工具火星盒子——光控（每人一套螺丝（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，也就是上课流程第6步动手制作（见下文）时再发给学生，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5分钟内，过夜景频引源的知，通验探究点知的传播规律（光在同种均匀介质中是沿直线传播的，并教授学生用这一规律解释生活中的现象，同时了解光速光年等知学光灯原（通光传感（感光强度并递相信号的器受光的弱控的亮灭）（）第6步为动手操组装光控灯需教导、维秩序证安全时长在-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】2min【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【故事上次我们星球受到攻击以后电力系统已经修好啦~自从上次的危机以后我们的星球非常的在意能源的节约所以我们现在都在节约用电，不知道你们地球是不是这样呢？我现在已经和爸爸妈妈分屋子睡了，可是晚上黑漆漆的我超级害怕啊，地球小伙伴你们有什么办法能帮帮我吗？【衔接话术】小朋友们咱们是不是也有节约用电啊，你们晚上一个人睡怕黑怎么办？想想我们之前的作品有能够帮助他的吗？有小朋友想到了我们之前做的声控灯，那是用声音控制的，但是睡觉的时候都没声音啊，这个声控灯也不会亮起来，还是漆黑一片，非常害（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。怕。你们知不知道有一种节能小夜灯，非常省电，并且他有一个特殊技能，只有天黑了才会亮的，天亮了就自动关了。都不需要开关控制，如果有了这个小火星就不用害怕了，你们知道这种东西是什么吗？这个东西就是光控灯，用光就能控制的灯，是不是很神奇？那我们今天就一起来学一学这个神奇的光控灯和无处不在的光。【第1步】什么是光源及光源的分类【对应PPT“光是来的？”部分【时长】5in【衔接话术】老师最近看到一段夜景视频，我觉得很好看，分享给大家（观看夜景视频）【提问】视频中的灯光特别绚丽，还有太阳落山的场景，那么在我们的生活中都有什么光呢，哪里能发出光呢？通过视频引入光、光源知识【衔接话术】电灯太阳都能发出光，那么这些东西能不能发光呢？（播放PPT，展示不的发光物体）【讲解】太阳会带来光，夜晚的城市也会有光，手机屏幕会发光，萤火虫也会发光，这些都是光。因为这些东西都是自己在发光，所以他们有一个统一的名字，在他们正在发光时候，我们叫他光源。那么，手机屏幕熄灭的时候那他就不是一个光源啦。【总结】正在发光的物体叫做光源【提问】讲到这里是不是觉得和声源特别像？那么还有小朋友记得在讲解光源时可以和声源联系一下什么是声源吗？【讲解】非常棒，正在发出声音的物体叫做声源。【讲解】我们看到展示的这些光里面，有些光是大自然发出的，有些光是我们创造出来的。大自然发出的光叫做自然光源，人类创造出来的光叫做人造光源。【随堂小测试那么小问题来啦下面这些东西里面哪些是光源？【讲解】月亮不是光源，月亮本身是不会发光的，是因为太阳光的关系才会亮起来的；没有打开的灯不是正在发光的物体，所以不是光源；正在发光的激光笔是光源。【第2步】光的传播规律【对应PPT“光是么传播的？”部分【时长】35in1、探究光的传播规律【衔接话术】那么各种各样的光都在我们的生活中，当我在教室里面开一盏灯时，整个教室都亮起来了，而不是只有灯所在的位置会亮起来那光是怎么跑的呢？我们接下去就研究一下光是怎么传播的还记得吗？在研究声音传播的过程中我们分了四种情况去研究，分别是固液气和真空中。【提问那么你们还记得声音能够在哪传播？不能在哪传播呢？通过抛出的问题与声学中声音的传播进行联系引出对光的传播规律的探究。实验注意：实验一：用激光笔直接照射空气中看到的【讲解】声音在固液气中传播，不能再真空中传播，我们将能够传播声音的固体液体气体统一叫做介质。【衔接话术小朋友们你们都掌握的特别好那我现在有一个激光笔，他就可以帮我们研究一下光的传播但是注意不可以拿着激光笔照射别人更不能照射别人的眼睛。【实验/游戏】实验一：光在空气中传播实验材料：激光笔、喷壶、水、实验步骤用装有水的喷壶向空气中喷一些水然后用激光照射，观察光是怎么传播的。【实验/游戏】实验二：光在液体中传播实验材料激光笔方形水杯或者水槽水黑卡纸、实验步骤在试管中倒入清水滴入两滴牛奶在试管后面放上一张黑卡纸从试管的一侧照射观察光是怎么传播的【实验/游戏】实验三：光在固体中传播实验材料：激光笔、玻璃砖、黑卡纸光路不清晰当空气中有水雾或者有灰尘时我们都可以看到光路因为光射到悬浮的小颗粒上产生漫反射．实验二用试管做实验可以给小朋友相互传着看，让学生参与实验。注意：1、在光在水和玻璃砖中传播时候在侧面观察会发生折射现象可以给学生提一下光在一个介质中传播时直线的本节课不涉及折射知识，会在接下去的课程里详细讲解。2、如果是晚上上课的话，就可以关灯来查看光路不需要喷壶黑卡纸等。实验步骤在玻璃砖的后面放上一张黑卡纸从玻璃砖的一侧用激光笔照射，观察光是怎么传播的【总结光是在气体液体固体中都是沿直线传播的。那么我们同样把能够让光传播的东西叫做介质。那老师还要告诉大家一件事情就是我们刚才做实验用到的实验材料都是均匀的其实呢光在均匀的介质中才会直线传播的。【提问】那么真空呢？光能在真空中传播吗？【讲解肯定是可以的啦因为太阳光会照在地球上呀如果他不能够在真空中传播的话我们的地球就全是黑的了。3、注意在实验中不要让学生拿着激光笔照射别人尤其是不能照射眼睛。激光实验可以带护目镜。实验中需要让学生自己总结实验现象和结论，老师起引导作用。2、生活中光沿直线传播的现象【衔接话术正是因为光可以在宇宙中跑才有了很多天文现象，小朋友们你们知道日食和月食吗？【提问你们知道日食和月食是怎么形成的吗（播放PPT）【讲解】日食和月食的形成就是因为光沿直线传播，在天体运动的过程中有些天体把光挡住了这样我（选做“日食月食演示实验一个乒乓球，两个大小不同的玻璃球一个支架手电加深学生对于日食月食的理解。们的眼睛就看不见了。月亮转到了太阳和地球的中间月亮挡住了太阳射向地球的光所以形成了日食。地球转到了太阳和月球中间地球挡住了的太阳射向月球的光，就形成了月食。【实验/游戏】日食月食演示实验（选做）实验材料：强光手电筒、支架、两个大小不同的球实验过程将手电筒球依此在支架上摆好手电筒照射球，模拟日食和月食，观察阴影情况。【衔接话术】生活中也有光沿直线传播的小例子。【讲解影子就是光沿直线传播人把光挡住了这样就形成了影子。3、小孔成像【衔接话术】那么我们现在发现光是沿直线传播的，生活中的很多现象都是由于光沿直线传播导致的我们的影子就是这样手影和影子都是正着的你见过倒立的影子吗？【实验/游戏】实验六：小孔成像实验材料纸杯蜡烛大头针橡皮筋保鲜（或半透明纸）实验步骤：1、在纸杯底部扎一个小孔，将纸杯开处扎上一层保鲜袋。2、点燃蜡烛。3、将纸杯下小孔对准蜡烛，移动纸杯，观察在保鲜袋上的蜡烛成像。【总结】蜡烛成像是倒立的像【衔接话术其实在两千多年前中国古代已经有人发现了这个现象，那么这个人是谁呢？他就是墨子。【故事墨子和他的学生做了世界上第一个小孔成倒像的实验，他们是怎么做的呢?在一间黑暗屋子朝阳的墙上开一个小孔人站在屋外屋里相对的墙上就会出现一个倒立的人影墨子解释光通过小孔就像射箭一样是直线行进的，人的头部遮住了上面的光，人的脚遮住了下面的光，然后就形成了一个倒立的像。这是对光直线传播的第一次科学解释。【讲解】小孔成像原理【总结光能把屋子照亮因为我们的光是发散的灯光再加上光在空气中是沿着传播的所以打开开关我们的房间会亮起来。【第3步】光速【对应PPT“光跑的多快”部分【时长】10in【衔接话术】可是每次打开灯的时候好像在我按开关的一瞬间整个屋子就亮了即使是一个特别大的博物馆这个博物馆有10个教室那么大，工作人员一开灯，屋子瞬间就全亮了，那在开关按下去之后到底经过了多久屋子才亮的呢？是不是不管多大的屋子都会瞬间点亮？光有没有速度呢？到底多大的屋子我们才能看到屋子是一点一点亮起来的呢？用对比的形式讲解光的传播速度，【衔接话术】想知道光照亮屋子用了多久首先要知道光的速度，那还记得声音的速度吗？【提问】声速是多少？【讲解】声音的传播速度是340米/秒。【提问】他已经传播的很快了，那么光会比他快还是比他慢呢？【讲解光的速度要更快如果我们和声音比赛绕地球一圈谁更快按照人类短跑的最快纪录，需要不间断地跑45天才能绕地球一圈。如果我们坐上交通工具选择最快的方法坐飞机也要50个小时才能绕地球一圈。就算是速度非常快的人造卫星，也需要一个半小时才能绕地球一圈。【讲解那我们有这么多快速的工具如果和光赛跑有没有胜算呢？很遗憾，我们的速度在光面前和蜗牛差不多，光一秒钟可以跑3亿米，一秒钟就可以绕地球七圈半。【讲解】那我们要是想建一个一秒钟才能点亮的房子，那大概需要建成20多个地球那大。【课堂小测试【提问光跑的很快声音也跑的非常快那么雷雨天，先听到雷声还是先看到闪电？【讲解】先看到闪电，因为光速比声速快。【第4步】光年【对应PPT“光年什么”部分【时长】5min【衔接话术】光一秒钟可以跑这么远，那么有没有光需要走很久才能到的地方呢？大家猜一猜太阳光从太阳上走到地球用了多久？【讲解】那么太阳光点亮地球用了多久呢？8分20秒，也就是说我们看到的太阳其实是8分钟以前的太阳，如果有一天太阳爆炸了，我们也要经过8分钟之后才能看见。原来宇宙中有些地方还是很远的，即使是光想去一下其他星球也需要跑很长时间。【讲解】那么有没有光一年都跑不到的地方呢？我们猜一下离我们更远一些的北斗七星都离我们多远吧。如果光从北斗七星出发，经过78到14年才能达地球那这个地方离我们到底有多远呢？如果让光在宇宙中跑上一年的话他就能跑940000万千米，实在是太远了，要是这么去计算北斗七星到地球的距离会累死的，所以我们给他起个简单点的名字，我们管光在真空中走一年的距离叫做光年现在我们就可以把北斗七星和地球的距离写成8到24光年了，就变得非常简单了【第5步】光控灯的原理【对应PPT“光控是怎么工作的？”部分【时长】10min【提问】小朋友们你们有没有观察过，天黑了路灯就会亮，当天亮了灯就关了，是有人每天晚上值班吗？每天按时去关闭和打开路灯的开关？【讲解】有一些灯是用光去控制的，当白天了就会自动关掉，夜晚就会打开，是用光控制的灯。我们在声控灯那节课讲了，声控灯是有声音传感器的，是用来感受声音大小的。那么光控灯呢？会不会有一个感受光的东西呢？他确实有一个可以感受光的东西，这个东西就是光敏传感器。光敏传感器就是一个随着光亮暗改变自身大小的东西，那么当光线变强时，他就会变化然后控制电路会让小灯灭提问，引出光控灯掉起来；当光变暗时，他会控制电路会让小灯亮起来。【讲解】在生活中还有光控小夜灯等，晚上就会亮起来，白天会自动关闭。【第6步】动手制作光控灯【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】40-0min①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.光敏传感器：感受环境光的强弱1.讲解主要元器件时讲解光控灯的工作过程:讲解主要元器件时讲解光控灯的工作过程:光敏传感器检测到环境光的强度，传递电信号给ED灯控制灯的亮灭当环境光亮时灯不亮；当环境光暗时，灯点亮。光敏传感器调节灵敏度：1．在室内光源正常条件下用螺丝刀调节光敏传感器，使得灯全亮。2．将光敏传感器向反方向调节，调节到光控灯刚好不亮。此时调节完成将手捂在传感器上，灯会亮。b.LED灯模块：接收到电信号以后亮起来。注意讲请电路