SOS求救信號儀

王堯坤

項目背景

當(dāng)你迷失在荒郊野外，手機(jī)又沒有通信信號時，怎樣發(fā)出求救信號呢？本課就帶大家將TT無人機(jī)改裝成SOS求救信號儀，給TT無人機(jī)添加一項新技能。二極管是由半導(dǎo)體材料（硅、硒、鍺等）制成的電子器件，在家用電器、電子產(chǎn)品、工業(yè)控制電路等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。因SOS求救信號儀涉及一些常用二極管的運(yùn)用，所以本節(jié)課主要介紹了二極管的單向?qū)щ娦院鸵恍┗咎匦?，并在?nèi)容上適當(dāng)進(jìn)行拓展，旨在讓學(xué)生更好地理解二極管的相關(guān)特性及應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)目標(biāo)

1.了解PN結(jié)，知道二極管單向?qū)щ娦约皯?yīng)用，熟悉常見的二極管及其符號。

2.了解SOS信號及TT無人機(jī)LED的特點(diǎn)和作用。

3.通過項目學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生基本的理論與實際相聯(lián)系的能力和探索新知識的興趣。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 二極管的單向?qū)щ娦院投O管的應(yīng)用。

教學(xué)難點(diǎn) 二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

教學(xué)準(zhǔn)備

TT無人機(jī)、TT無人機(jī)拓展板、常用二極管、面包板、電源、導(dǎo)線若干。

教學(xué)過程

一、引入新課

師：在日常生活中，當(dāng)我們遇到危險的時候，該如何求救？你能想到哪些辦法？

學(xué)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(jī)等硬件制作一個SOS求救信號儀，首先讓我們來了解相關(guān)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(dǎo)體和N型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的PN結(jié)界面，在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)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(tài)，這就是常態(tài)下的二極管特性。當(dāng)給PN結(jié)外加正向電壓時，在外加電場的作用下，PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，P區(qū)中的空穴和N區(qū)的電子都往PN結(jié)方向移動，空穴和PN結(jié)P區(qū)的負(fù)離子中和，電子和PN結(jié)N區(qū)的正離子中和，這樣就使PN結(jié)變窄，如圖1。隨著外加電場的增加，擴(kuò)散運(yùn)動進(jìn)一步增強(qiáng)，漂移運(yùn)動減弱。當(dāng)外加電壓超過了門檻電壓，PN結(jié)就相當(dāng)于一個阻值很小的電阻，也就是PN結(jié)導(dǎo)通。這就是二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

三、實驗探究：二極管單向?qū)щ娦?/p>

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

學(xué)生按小組進(jìn)行實驗探究。

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

師：如何判斷二極管的正負(fù)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(huán)標(biāo)示，靠近色環(huán)一端的電極引線是二極管的陰極。發(fā)光二極管（如圖5）引腳長的為正極，短的為負(fù)極。

師：發(fā)光二極管如果引腳一樣長呢？（提示學(xué)生可觀察發(fā)光二極管內(nèi)部）

生：如果引腳一樣長，發(fā)光二極管管體內(nèi)部金屬極較小的是正極，大的片狀的是負(fù)極。

師：其實LED燈就是一種發(fā)光二極管，它采用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光材料，與傳統(tǒng)燈具相比，環(huán)保節(jié)能、顯色性好、響應(yīng)速度快。LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)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(jì)初，海難事件頻繁發(fā)生，因不能及時發(fā)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(chǎn)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(diǎn)，三個破折號，然后再加三個圓點(diǎn)）在電報中是發(fā)報方最容易發(fā)出、接報方最容易辨識的電碼。它的光線發(fā)射方法為：短光——長光——短光。

師：學(xué)習(xí)了這些知識后，請同學(xué)們利用TT無人機(jī)編程設(shè)計一個SOS求救信號儀。

四、項目實施

步驟1：小組合作探討設(shè)計方案，畫出設(shè)計的流程圖及程序的流程圖。

步驟2：學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計進(jìn)行SOS求救信號儀的制作。

步驟3：安裝好TT拓展板，并通過數(shù)據(jù)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(kuò)展，然后選擇TT無人機(jī)，如圖7。

步驟5：選擇好端口，點(diǎn)擊恢復(fù)設(shè)備初始設(shè)置，恢復(fù)好后就可以進(jìn)行編程了。

步驟6：編程實現(xiàn)SOS求救信號的發(fā)送，這里只選擇了其中一個方法，讓LED屏循環(huán)顯示SOS，如圖8。學(xué)生可以發(fā)散思維，根據(jù)自己的想法進(jìn)行編程。

步驟7：程序上傳到設(shè)備端后，直接就可以進(jìn)行測試，如圖9。

五、交流與分享

師：測試完成后，同學(xué)們就可以利用App控制TT無人機(jī)進(jìn)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(shè)計流程和作品。

學(xué)生進(jìn)行展示交流，討論各自作品的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)的建議。

師：課后請同學(xué)們根據(jù)作品存在的問題進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，同時查閱資料，了解更多的二極管及分類方法，認(rèn)識不同二極管的特點(diǎn)。

教學(xué)反思

本課在講授二極管和野外求生知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合TT無人機(jī)與Mind+圖形化編程軟件，設(shè)計出一款SOS求救信號儀。通過對無人機(jī)開源拓展編程的體驗，學(xué)生融會貫通了物理、信息技術(shù)等學(xué)科相關(guān)知識，學(xué)會了將知識運(yùn)用到實踐中。本節(jié)課培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實踐能力與動手操作能力，其中，小組合作學(xué)習(xí)還幫助學(xué)生學(xué)會了團(tuán)隊協(xié)作，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣，取得了預(yù)期的效果。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）