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第2节 设计和制作控制系统 教学设计
【核心概念】技术、工程与社会
【内容要求】
1.学习内容：
（1）技术与工程创造了人造物，技术的核心是发明，工程的核心是建造。
（2）技术与工程改变了人们的生产和生活。
2.内容要求：认识自动控制系统的复杂性，知道自动控制系统对人类社会发展带来深远的影响。
【教学目标】
1.了解自动控制的电子元器件及功能。
2.掌握简易控制系统的设计原则与设计流程，理解设计需要贴合实际需求、简单可行、稳定安全。
3.能独立完成充电器的工作指示灯的方案设计、制作和测试。
4.体会技术设计服务生活的价值，树立创新实践、精益求精的工程态度。
【教学思路】
回顾控制系统三大子系统，引出家用电器中存在各种控制电路。认识自动控制电路系统中的三大子系统。进而了解自动控制电路系统中电子元器件，为设计与制作充电器的工作指示灯提供理论支撑。在具体的操作过程中，严格按照工程设计步骤：明确控制任务→设计控制方案→选择器材→组装制作→调试优化。体会技术设计服务生活的价值，树立创新实践、精益求精的工程态度。
【教学过程】
【引入】任何自动控制系统都包含信息收集→信息处理→操作执行三大模块。教师设问：我们已经能分析别人的控制系统，能不能自己设计、制作一个解决生活小问题的控制系统？
学习课题：设计和制作控制系统。
生活中有各种控制电路。各种家用电器（空调、电视机、电热水壶、油烟机、热水器等）上都有用于自动控制的控制电路板，或叫主板。观察电路板，我们发现其电路系统比较复杂。那么这些电路板是由哪些元器件组成的？各种元器件在电路中起什么作用呢？
一、自动控制的电子元器件
阅读表5.2-1 常见的电子元器件，认识其符号及功能。
【探索活动】如图5.2-1所示的空调控制电路板中，你能认出哪些元器件？列出清单，并标注元器件在电路板中的位置。
1.微电脑主控芯片（CPU）位置：电路板正中央核心位置，方形黑色 集成大块，引脚密集，是整块板的控制核心（信息处理单元）。
2.热敏电阻 / 温度传感器插座 位置：电路板侧边接口区，双排插针接口，用于连接室内、室外温度探头，负责温度信息采集。
3.继电器 位置：电路板右侧 / 下方功率区，方形银色金属外壳元件，体积较大，用于控制压缩机、风机启停（执行开关元件）。
4.电解电容 位置：电路板电源区域，圆柱形、立式带正负极标识，主要用于电源稳压、滤波。
5.贴片电阻、贴片电容 位置：电路板全域均匀分布，微小片状元件，负责电路限流、稳压、信号滤波。
6.二极管、三极管 位置：集中在信号控制区、继电器周边，小型柱状 / 贴片元件，用于电路开关、整流、信号放大。
7.晶振 位置：主控芯片旁边，小型圆柱 / 方形元件，为主控芯片提供运行时钟频率。
8.电源接口端子 位置：电路板边缘，金属接线端子，用于接入 220V 市电供电。
9.指示灯（LED） 位置：电路板外侧可视区域，小型发光二极管，用于显示开机、故障、运行状态。
10.稳压芯片 位置：电源输入附近，小型方形集成芯片，将高压电转为 5V/12V 低压，供给主控工作。
所有元器件共同组成完整控制系统：传感器接口（信息收集）→主控芯片（信息处理）→继电器 / 指示灯（执行输出），完美对应自动控制系统三大子系统。
【归纳总结】空调控制电路板中控制系统中三大子系统：
1.传感器的功能是收集控制对象的各种信息，例如空调的温度传感器监测室内空气的温度、楼梯灯光敏电阻监测光的亮度（以区分白昼与夜晚）等；
2.控制电路板（又称主板、电脑、中央控制器）主要是处理信息并发出操作指令；
3.执行系统主要是按中央控制器的指令完成操作，继电器、电机、各种轮轴与传动装置是执行操作的主要器件。
二、电池传感器的设计与制作
【工程实践】
设计与制作充电器的工作指示灯
目标
1. 学会测试和辨认发光二极管正、负极的方法。
2. 根据发光二极管的性质，设计工作状态的指示电路。
3. 根据设计的电路，连接充电器的工作指示灯电路。
器材
干电池两节，红、绿发光二极管各一个，小灯泡，开关，导线和鳄鱼夹若干。
过程
1.测试发光二极管的性能。
发光二极管的两根引脚中，较长的为正极，较短的为负极。当电流从发光二极管的正极流向负极时，发光二极管发光，表明它处于导通状态。反之，电流不能从负极流向正极，发光二极管不会发光。
（1）把两节干电池固定在一起，组成一个3V的电池组。
（2）把两根导线连接在发光二极管的两端。
（3）把发光二极管两极导线分别连接在电池两极，观察发光二极管；断开连接，换接发光二极管与电池组的接线柱，再观察发光二极管。
（4）用小灯泡代替发光二极管，重复上述步骤（3）。
现象：长脚接电源正极时LED发光，反接则不发光，说明二极管具有单向导电性。
2.设计任务。
如果电池装反了，多数电器就不能正常工作。用发光二极管设计一个检测电池安装是否正确的仪器。
（1）画出电路设计图。
（2）按你设计的电路，将器材连接起来，测试一下能否使用。
（3）写出你设计的仪器使用说明书。
设计参考：两只LED反向并联（红LED正极接检测正端，负极通过电阻至负端；绿LED正极接检测负端，负极通过电阻至正端），串联300Ω限流保护。当电池正确接入，红色发光；电池反接，绿色发光。
3.电路制作与探究。
图5.2-2是一个带有电路状态指示的工作电路，两个发光二极管可指示电路的待机状态和工作状态。
（1）用提供的器材连接如图所示的电路。
（2）当开关断开时，记录看到的现象。
红灯发光，绿灯、灯泡 L 都不亮。
（3）闭合开关，记录实验现象。
电流流向绿灯与灯泡支路，绿灯发光，灯泡 L 点亮，红灯熄灭。
（4）绿灯亮表示电路处于 工作 （填“待机”或“工作”）状态，红灯亮表示电路处于 待机 （填“待机”或“工作”）状态。
（5）从实验现象中你获得了哪些认识？
1.发光二极管具有单向导电性，正向通电才能发光，可作为电路状态指示灯；
2.导线直接并联在用电器两端会造成短路，被短路的元件无电流、不工作；
3.开关断开时，红灯串联接入电路，作为待机状态提示；开关闭合后红灯被短路，绿灯与负载灯泡同步工作，指示设备正在运行；
4.并联电路各支路独立工作，一条支路短路会旁路全部电流，使同并联支路上元件停止工作。
问题讨论
实验中你遇到了哪些问题？产生这些问题的主要原因是什么？
1.发光二极管完全不亮原因：
①二极管正负极接反（单向导电，反接无电流）；
②电源电压过低，达不到二极管发光电压；③导线虚接、接线松动，电路断路
2.开关闭合后红灯依旧微亮/没完全熄灭原因：
开关触点存在微小电阻，分流少量电流，红灯分得微弱电压；导线接触不良，短路不完全。
3.灯泡不亮，但绿灯亮原因：灯泡支路接线断路、灯泡灯丝烧毁；灯泡与绿灯接线处松动断路。 4.闭合开关瞬间电源发热 原因：接线错误造成电源短路，电流过大，极易损坏电源。
【STSE】人工智能
【课堂总结】
1.控制系统设计核心：围绕需求，匹配三大子系统；
2.完整流程：需求→方案→选材→制作→调试优化；
3.技术作品需要不断迭代、精益求精。
【随堂例题】
【例1】下列关于红绿灯的叙述中，不属于电池传感器的是（　 　）
A.电视机待机状态亮红灯，开机状态亮绿灯
B.充电器充电过程中亮红灯，充电完成后自动停止充电状态亮绿灯
C.热水器工作状态亮红灯，达到温度后停止加热后亮绿灯
D.十字路口的交通信号灯在通行时亮绿灯，禁止通行时亮红灯
【答案】D
【例2】下列家用电器使用的传感器类型正确的是 (　　)
A．冰箱——— —温度传感器 B．电视————压力传感器
C．油烟机————化学传感器 D．电子秤————红外传感器
【答案】A
【解析】A.冰箱的主要功能是调节温度，因此需要检测温度变化。温度传感器的作用是感知温度并转化为电信号，用于控制制冷系统的运行，故A正确；
B.电视机与压力传感无关，故B错误；
C.油烟机通常是通过声音、烟雾浓度或手动按键来控制，可能需要的是声音传感器或烟雾传感器等，不用化学传感器，故C错误；
D.电子秤通过压力传感器测量物体质量，并转化为电信号显示质量，红外传感器用于检测红外辐射(如体温枪)，故D错误；
【例3】如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小。当R2两端电压超过某一值时，控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是( )
A．为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数
B．为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小
C．为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值
D．质量大的苹果将进入上通道
【答案】B
【解析】A、增加电磁铁线圈匝数会增强电磁铁的磁性，但本题中电磁铁吸动衔铁的触发条件是R2两端电压达到设定值，改变线圈匝数不影响触发电压的设定，无法筛选出质量更大的苹果，A 不符合题意；
B、减小电源 A 的输出电压，根据串联分压规律，要使R2两端电压达到触发值，需要电路中电流更大，对应的R1阻值需更小，即苹果质量更大时，R1受压力更大、阻值更小，才能满足条件，因此可以筛选出质量更大的苹果，B 符合题意；
C、增大R2的阻值，根据串联分压规律，R2分得的电压会增大，较小的电流（对应R1阻值较大、苹果质量较小）就能使R2两端电压达到触发值，无法筛选出质量更大的苹果，C 不符合题意；
D、质量大的苹果会使R1阻值变小，电路电流变大，R2两端电压超过阈值，电磁铁吸动衔铁，分拣板向下偏转，苹果会进入下通道，而非上通道，D 不符合题意。
【板书设计】
第2节 设计和制作控制系统
一、设计核心：三大模块匹配
信息收集 → 信息处理 → 操作执行
二、工程设计五步法
定需求 → 定方案 → 选器材 → 做作品 → 优调试
三、设计原则：可行、稳定、安全、贴合需求
【布置作业】
1.完成作业本上相应内容
2.实践作业：自主构思一个生活简易控制需求（自动浇水、自动报警等），画出设计框图并标注各子系统。
3.拓展作业：对比自己的作品与工业成品的差距，写出1–2条可优化的方案。
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第2节 设计和制作控制系统 同步作业
（教师版）
1．下列控制系统中，属于自动控制系统的是（　　）
A．按钮开关控制电灯 B．打开普通自来水龙头
C．声光控制开灯系统 D．控制自行车行驶方向
【答案】C
【解析】A、按钮开关控制电灯，需要人手动按下按钮才能实现灯的亮灭，过程中需要人的直接操作，属于人工控制，不符合题意；
B、打开普通自来水龙头，需要人手动旋转或扳动开关才能出水，需要人的直接干预，属于人工控制，不符合题意；
C、声光控制开灯系统，能根据环境的声音和光线信号自动判断并控制灯的亮灭，控制过程不需要人的直接干预，属于自动控制，符合题意；
D、控制自行车行驶方向，需要人持续转动车把来调整方向，需要人的全程参与，属于人工控制，不符合题意；
2．下列电子元器件不属于传感器的是 (　　)
A．二极管 B．干簧管 C．光敏电阻 D．热敏电阻
【答案】B
【解析】A、二极管的主要特性是单向导电性，常用于整流、稳压、电路开关等，不能将非电学量转换为电学信号，不属于传感器，符合题意；
B、干簧管能感受磁场信号，当磁场变化时触点状态发生改变，将磁信号转换为电信号，属于磁传感器，不符合题意；
C、光敏电阻的阻值会随光照强度的变化而改变，可将光信号转换为电信号，属于光传感器，不符合题意；
D、热敏电阻的阻值会随温度的变化而改变，可将温度信号转换为电信号，属于温度传感器，不符合题意；
3．某同学想要设计一套浇花的控制装置，下列传感器中最合适的是(　　)
A．湿敏传感器 B．光敏传感器 C．声敏传感器 D．化学传感器
【答案】A
【解析】A、湿敏传感器能够感知土壤湿度的变化，并将湿度这一非电学量转换为可用的电信号，可精准检测土壤干湿状态，以此控制浇水装置，是设计浇花控制装置的最合适选择，符合题意；
B、光敏传感器主要用于检测光照强度的强弱，适用于控制路灯、路灯开关等与光线相关的装置，无法检测土壤湿度，不符合题意；
C、声敏传感器主要检测声音的强弱或有无，适用于声控灯等声音控制场景，与浇花控制的需求无关，不符合题意；
D、化学传感器主要用于检测某种或某几种化学物质的成分、浓度等，浇花控制无需检测化学物质，不符合题意；
4．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是
A．温度传感器和光电传感器 B．光电传感器和声音传感器
C．声音传感器和热电传感器 D．温度传感器和热电传感器
【答案】B
【解析】A、温度传感器用于检测温度变化，光电传感器用于检测光照强度，该组合缺少检测声音的传感器，无法实现 “有声音才开启” 的功能，不符合题意；
B、光电传感器可以检测环境的光照强度，实现 “天黑时才响应” 的条件，声音传感器可以检测声音信号，实现 “有声音才开启” 的条件，二者组合可满足楼道照明灯的工作逻辑，符合题意；
C、声音传感器可检测声音信号，但热电传感器用于检测温度变化，无法检测光照强度，不能实现 “白天不响应” 的要求，不符合题意；
D、温度传感器和热电传感器均用于检测温度变化，既无法检测光照强度，也无法检测声音信号，不能实现题中描述的功能，不符合题意；
5．下列家用电器使用的传感器类型正确的是 (　　)
A．冰箱————温度传感器 B．电视————压力传感器
C．油烟机————化学传感器 D．电子秤————红外传感器
【答案】A
【解析】A.冰箱的主要功能是调节温度，因此需要检测温度变化。温度传感器的作用是感知温度并转化为电信号，用于控制制冷系统的运行，故A正确；
B.电视机与压力传感无关，故B错误；
C.油烟机通常是通过声音、烟雾浓度或手动按键来控制，可能需要的是声音传感器或烟雾传感器等，不用化学传感器，故C错误；
D.电子秤通过压力传感器测量物体质量，并转化为电信号显示质量，红外传感器用于检测红外辐射(如体温枪)，故D错误；
6.在图中的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，工作电路的情况是(　 　)
A.灯不亮，电铃响
B.灯不亮，电铃不响
C.灯亮，电铃不响
D.灯亮，电铃响
【答案】A
7.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是(　 　)
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
【答案】B
8．如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水位表是由　 　改装而成。当水面上升时，滑片　 　(选填“向上移动”或“向下移动”)，滑动变阻器连入电路电阻　 　，电流　 　，水位表示数　 　。
【答案】电流表；向下移动；变小；变大；变大
【解析】（1）由图可知，水位表与滑动变阻器R串联在电路中，根据电流表串联在电路中、电压表并联在电路中的使用规则，可判断水位表是由电流表改装而成，故填：电流表；
（2）当水面上升时，浮标向上浮起，带动杠杆一端的滑片沿滑动变阻器竖直杆向下移动，故填：向下移动；
（3）滑动变阻器接入电路的是滑片下方的电阻丝，滑片向下移动，接入电路的电阻丝长度变短，滑动变阻器连入电路的电阻变小，故填：变小；
（4）电源电压不变，电路总电阻变小，根据欧姆定律，电路中的电流变大，故填：变大；
（5）水位表是测量电路电流的仪表，电路中电流变大，因此水位表的示数变大，故填：变大。
9．发光二极管(简称LED)，具有单向导电性。它是　 　(填“导体”“绝缘体”“半导体”)制成的。如图所示，按图1连接时 A 表有示数，LED发光；将LED 两极反过来如图2连接时 A 表无示数，LED不发光。请根据上述实验现象判断，两种情况下 LED 的电阻是否相同：　 　(填“相同”或“不相同”)。简述你判断过程：　 　。
【答案】半导体；不相同；电源电压不变，由可知是电阻不同引起的电流变化
【解析】LED 是由半导体材料制成的电子元器件，其导电性能介于导体与绝缘体之间，且具备独特的单向导电特性；
图 1 中 LED 发光且电流表有示数，说明电路中电流较大；图 2 中 LED 反向连接后电流表无示数，说明电路中几乎没有电流；
电源电压保持不变，结合欧姆定律 分析，电流出现明显差异的直接原因是 LED 两端的电阻值发生了改变，因此两种情况下 LED 的电阻不相同；
10．商场、剧院等公共场所的停车场为了管理车辆进出，通过智能停车系统管理出入口门闸。这个系统的出场口有下列要求：当车辆从场内经出口时，由一个“车辆智能识别模块”自动识别车辆，并根据该车辆的停留时间，“车辆付费系统”会出示付费二维码，当司机付费后，“执行系统”会自动打开门闸放行。有特殊情况时，管理人员可用遥控器直接打开门闸放行。整个系统由几个模块电路（识别系统、付费系统、人工开门和执行系统）和电源组成。根据要求在下图中连接“识别系统”“付费系统”“人工开门”三个模块。
【答案】如右上图。
【解析】正常情况下，需要识别系统和付费系统同时工作（都满足条件），执行系统才会开门，所以这两个模块是串联关系；特殊情况时，人工开门可以独立控制执行系统开门，所以人工开门模块和“识别+付费”的串联电路是并联关系，据以上分析可知：从电源正极出发，先串联识别系统模块，再串联付费系统模块，形成一条支路；从电源正极另引一条线，串联人工开门模块，形成另一条支路；两条支路汇合后，串联执行系统（开门），最后回到电源负极；对应的规范电路图结构：
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第2节 设计和制作控制系统 同步作业
（学生版）
1．下列控制系统中，属于自动控制系统的是（　　）
A．按钮开关控制电灯 B．打开普通自来水龙头
C．声光控制开灯系统 D．控制自行车行驶方向
2．下列电子元器件不属于传感器的是 (　　)
A．二极管 B．干簧管 C．光敏电阻 D．热敏电阻
3．某同学想要设计一套浇花的控制装置，下列传感器中最合适的是(　　)
A．湿敏传感器 B．光敏传感器 C．声敏传感器 D．化学传感器
4．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是
A．温度传感器和光电传感器 B．光电传感器和声音传感器
C．声音传感器和热电传感器 D．温度传感器和热电传感器
5．下列家用电器使用的传感器类型正确的是 (　　)
A．冰箱————温度传感器 B．电视————压力传感器
C．油烟机————化学传感器 D．电子秤————红外传感器
6.在图中的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，工作电路的情况是(　 　)
A.灯不亮，电铃响
B.灯不亮，电铃不响
C.灯亮，电铃不响
D.灯亮，电铃响
7.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是(　 　)
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
8．如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水位表是由　 　改装而成。当水面上升时，滑片　 　(选填“向上移动”或“向下移动”)，滑动变阻器连入电路电阻　 　，电流　 　，水位表示数　 　。
9．发光二极管(简称LED)，具有单向导电性。它是　 　(填“导体”“绝缘体”“半导体”)制成的。如图所示，按图1连接时 A 表有示数，LED发光；将LED 两极反过来如图2连接时 A 表无示数，LED不发光。请根据上述实验现象判断，两种情况下 LED 的电阻是否相同：　 　(填“相同”或“不相同”)。简述你判断过程：　 　。
10．商场、剧院等公共场所的停车场为了管理车辆进出，通过智能停车系统管理出入口门闸。这个系统的出场口有下列要求：当车辆从场内经出口时，由一个“车辆智能识别模块”自动识别车辆，并根据该车辆的停留时间，“车辆付费系统”会出示付费二维码，当司机付费后，“执行系统”会自动打开门闸放行。有特殊情况时，管理人员可用遥控器直接打开门闸放行。整个系统由几个模块电路（识别系统、付费系统、人工开门和执行系统）和电源组成。根据要求在下图中连接“识别系统”“付费系统”“人工开门”三个模块。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共22张PPT)
第5章 控制系统与工程
第2节 设计与制作控制系统
（浙教版）八年级
下

【引入】
任何自动控制系统都包含信息收集→信息处理→操作执行三大模块。教师设问：我们已经能分析别人的控制系统，能不能自己设计、制作一个解决生活小问题的控制系统？
设计和制作控制系统
学习课题
各种家用电器（空调、电视机、电热水壶、油烟机、热水器等）上都有用于自动控制的控制电路板，或叫主板。观察电路板，我们发现其电路系统比较复杂。那么这些电路板是由哪些元器件组成的？各种元器件在电路中起什么作用呢？
一、自动控制的电子元器件
阅读表5.2-1 常见的电子元器件，认识其符号及功能。
【探索活动】如图5.2-1所示的空调控制电路板中，你能认出哪些元器件？列出清单，并标注元器件在电路板中的位置。
1.微电脑主控芯片（CPU）位置：电路板正中央核心位置，方形
黑色 集成大块，引脚密集，是整块板的控制核心（信息处理单元）。
2.热敏电阻 / 温度传感器插座 位置：电路板侧边接口区，
双排插针接口，用于连接室内、室外温度探头，负责温度信息采集。
3.继电器 位置：电路板右侧 / 下方功率区，方形银色金属外壳
元件，体积较大，用于控制压缩机、风机启停（执行开关元件）。
4.贴片电阻、贴片电容 位置：电路板全域均匀分布，微小片状元件，
负责电路限流、稳压、信号滤波。
5.二极管、三极管 位置：集中在信号控制区、继电器周边，小型柱状 / 贴片元件，
用于电路开关、整流、信号放大。
6.指示灯（LED）位置：电路板外侧可视区域，小型发光二极管，用于显示开机、故障、运行状态。
所有元器件共同组成完整控制系统：传感器接口（信息收集）→主控芯片（信息处理）→继电器 / 指示灯（执行输出），完美对应自动控制系统三大子系统。
【归纳总结】空调控制电路板中控制系统中三大子系统：
1.传感器的功能是收集控制对象的各种信息，例如空调的温度传感器监测室内空气的温度、楼梯灯光敏电阻监测光的亮度（以区分白昼与夜晚）等；
2.控制电路板（又称主板、电脑、中央控制器）主要是处理信息并发出操作指令；
3.执行系统主要是按中央控制器的指令完成操作，继电器、电机、各种轮轴与传动装置是执行操作的主要器件。
二、电池传感器的设计与制作
【工程实践】 设计与制作充电器的工作指示灯
目标
1. 学会测试和辨认发光二极管正、负极的方法。
2. 根据发光二极管的性质，设计工作状态的指示电路。
3. 根据设计的电路，连接充电器的工作指示灯电路。
器材
干电池两节，红、绿发光二极管各一个，小灯泡，开关，导线和鳄鱼夹若干。
过程
1.测试发光二极管的性能。
发光二极管的两根引脚中，较长的为正极，较短的为负极。当电流从发光二极管的正极流向负极时，发光二极管发光，表明它处于导通状态。反之，电流不能从负极流向正极，发光二极管不会发光。
（1）把两节干电池固定在一起，组成一个3V的电池组。
（2）把两根导线连接在发光二极管的两端。
（3）把发光二极管两极导线分别连接在电池两极，观察发光二极管；断开连接，换接发光二极管与电池组的接线柱，再观察发光二极管。
（4）用小灯泡代替发光二极管，重复上述步骤（3）。
现象：长脚接电源正极时LED发光，反接则不发光，说明二极管具有单向导电性。
2.设计任务。
如果电池装反了，多数电器就不能正常工作。用发光二极管设计一个检测电池安装是否正确的仪器。
（1）画出电路设计图。
（2）按你设计的电路，将器材连接起来，
测试一下能否使用。
（3）写出你设计的仪器使用说明书。
设计参考：两只LED反向并联（红LED正极接检测正端，负极通过电阻至负端；绿LED正极接检测负端，负极通过电阻至正端），串联300Ω限流保护。当电池正确接入，红色发光；电池反接，绿色发光。
（4）绿灯亮表示电路处于 （填“待机”或“工作”）状态，红灯亮表示电路处于 （填“待机”或“工作”）状态。
待机
工作
（5）从实验现象中你获得了哪些认识？
1.发光二极管具有单向导电性，正向通电才能发光，可作为电路状态指示灯；
2.导线直接并联在用电器两端会造成短路，被短路的元件无电流、不工作；
3.开关断开时，红灯串联接入电路，作为待机状态提示；开关闭合后红灯被短路，绿灯与负载灯泡同步工作，指示设备正在运行；
4.并联电路各支路独立工作，一条支路短路会旁路全部电流，使同并联支路上元件停止工作。
问题讨论
实验中你遇到了哪些问题？产生这些问题的主要原因是什么？
1.发光二极管完全不亮原因：
①二极管正负极接反（单向导电，反接无电流）；
②电源电压过低，达不到二极管发光电压；③导线虚接、接线松动，电路断路
2.开关闭合后红灯依旧微亮/没完全熄灭原因：
开关触点存在微小电阻，分流少量电流，红灯分得微弱电压；导线接触不良，短路不完全。
3.灯泡不亮，但绿灯亮原因：灯泡支路接线断路、灯泡灯丝烧毁；灯泡与绿灯接线处松动断路。 4.闭合开关瞬间电源发热 原因：接线错误造成电源短路，电流过大，极易损坏电源。
【STSE】人工智能
【课堂总结】
1.控制系统设计核心：围绕需求，匹配三大子系统；
2.完整流程：需求→方案→选材→制作→调试优化；
3.技术作品需要不断迭代、精益求精。
【随堂巩固】
【例1】下列关于红绿灯的叙述中，不属于电池传感器的是（　 　）
A.电视机待机状态亮红灯，开机状态亮绿灯
B.充电器充电过程中亮红灯，充电完成后自动停止充电状态亮绿灯
C.热水器工作状态亮红灯，达到温度后停止加热后亮绿灯
D.十字路口的交通信号灯在通行时亮绿灯，禁止通行时亮红灯
【答案】D
【解析】十字路口的交通信号灯在通行时亮绿灯，禁止通行时亮红灯，不属于电池传感器。
【例2】下列家用电器使用的传感器类型正确的是 (　　)
A．冰箱——— —温度传感器 B．电视————压力传感器
C．油烟机————化学传感器 D．电子秤————红外传感器
【答案】A
【解析】A.冰箱的主要功能是调节温度，因此需要检测温度变化。温度传感器的作用是感知温度并转化为电信号，用于控制制冷系统的运行，故A正确；
B.电视机与压力传感无关，故B错误；
C.油烟机通常是通过声音、烟雾浓度或手动按键来控制，可能需要的是声音传感器或烟雾传感器等，不用化学传感器，故C错误；
D.电子秤通过压力传感器测量物体质量，并转化为电信号显示质量，红外传感器用于检测红外辐射(如体温枪)，故D错误；
【例3】如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小。当R2两端电压超过某一值时，控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是( )
A．为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数
B．为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小
C．为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值
D．质量大的苹果将进入上通道
【答案】B
【解析】A、增加电磁铁线圈匝数会增强电磁铁的磁性，但本题中电磁铁吸动衔铁的触发条件是R2两端电压达到设定值，改变线圈匝数不影响触发电压的设定，无法筛选出质量更大的苹果，A 不符合题意；
B、减小电源 A 的输出电压，根据串联分压规律，要使R2两端电压达到触发值，需要电路中电流更大，对应的R1阻值需更小，即苹果质量更大时，R1受压力更大、阻值更小，才能满足条件，因此可以筛选出质量更大的苹果，B 符合题意；
C、增大R2的阻值，根据串联分压规律，R2分得的电压会增大，较小的电流（对应R1阻值较大、苹果质量较小）就能使R2两端电压达到触发值，无法筛选出质量更大的苹果，C 不符合题意；
D、质量大的苹果会使R1阻值变小，电路电流变大，R2两端电压超过阈值，电磁铁吸动衔铁，分拣板向下偏转，苹果会进入下通道，而非上通道，D 不符合题意。
【板书设计】
第2节 设计和制作控制系统
一、设计核心：三大模块匹配
信息收集 → 信息处理 → 操作执行
二、工程设计五步法
定需求 → 定方案 → 选器材 → 做作品 → 优调试
三、设计原则：可行、稳定、安全、贴合需求
【布置作业】
1.完成作业本上相应内容
2.实践作业：自主构思一个生活简易控制需求（自动浇水、自动报警等），画出设计框图并标注各子系统。
3.拓展作业：对比自己的作品与工业成品的差距，写出1–2条可优化的方案。
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让备课更有效
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