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第3章 第4节 跨学科实践：电路创新设计展示
第3章 第4节 跨学科实践：电路创新设计展示
1.知道串联与并联电路的基本特点，能说出它们在日常生活中的应用（如彩灯装饰、显示器设计、病房呼叫系统等），理解电路故障对系统的影响。
2.理解电路设计中可靠性、安全性与功能实现之间的关系，能解释电路设计、开关控制逻辑等对系统稳定性的作用。
3.具备初步的电路创新设计与改进能力，能通过合作探究、方案展示与评价，提出合理的电路优化建议，并绘制简单电路图。
4.树立科学实践与技术应用的责任意识，能在生活中识别电路设计问题，提出环保、节能的改进方案，增强可持续发展观念
同学们，前面我们已经掌握串联、并联电路的特点，分清断路与短路的区别。今天走进跨学科实践课堂，开启电路创新设计展示！大家化身小小工程师，分享自己设计的特色电路，一起交流思路、点评作品，在思维碰撞中优化电路方案，感受电学创作的乐趣。
知识点1：跨学科电路设计基础
1.串、并联电路特点：串联电路中电流路径______，用电器相互影响；并联电路中电流路径______，用电器独立工作。
2.家庭电路中各用电器一般采用______联连接，控制开关与用电器______联。
知识点2：电路创新设计案例
3.“改进小彩灯” 电路：原小彩灯采用______联，一盏损坏全组熄灭；改进方案可采用______联或串并联结合，提升可靠性。
4.“回答问题正确” 显示器：需设计______电路，当答案正确时，通过______（元件）显示通路状态（如灯泡亮、电铃响）。
5.“病房呼叫” 电路：需满足 “各病床独立呼叫、护士站总控”，应采用______联电路，每个病床开关在______路，总开关在______路。
知识点3：跨学科设计要素
6.电路设计需兼顾物理原理与实际需求：如小彩灯设计需考虑______（美观 / 电路稳定），病房呼叫电路需考虑______（声光提示/操作便捷）。
7.集成电路基础：复杂电路由______和______组合构成，如手机电路板通过集成元件实现多功能。
【例1】为保证司乘人员的安全，轿车上设有“安全带未系提示系统”。当启动汽车的电路系统，司机坐在座椅上时，座椅下的开关S1闭合，此时仪表盘上的“安全带未系提示灯L”亮起；系上安全带后，则开关S2闭合，该提示灯熄灭。为了避免电源短路，在电路中又加入了定值电阻R起保护作用。请在虚线方框内画出此设计电路图。（电源已画出）
【变式1-1】为保证中考试卷的安全，封存试卷的保密室大门由电动机控制，钥匙相当于开关。两名保密员各持有一把钥匙，任何一个保密员都无法单独打开保密室的门，需两位保密员同时插入钥匙保密室的门才能打开。请在答题卡上指定位置设计出电路图。
【变式1-2】许多轿车上设有“安全带未系提示系统”，司机坐在座椅上时，压力开关 闭合，仪表盘上的指示灯L亮起，提示司机系好安全带，系好安全带则开关 闭合，指示灯L被短路熄灭。请补充完符合上述条件的模拟电路。（R为保护电阻）
【例2】小龙用如图所示器材模拟既能吹冷风又能吹热风的吹风机电路。请你用笔画线代替导线将实物电路补充完整。要求：S1闭合时吹冷风；S1、S2闭合时吹热风；导线不能交叉。
【变式2-1】智能电子门锁正在逐步替代传统门锁。如图所示是某款智能门锁，它支持密码与指纹两种认证方式开门。密码输入正确时可视为开关 闭合；指纹信息输入正确时可视为开关 闭合，无论哪种方式均能单独控制开门电动机工作。请在答题卡的虚线框内画出符合上述要求的电子门锁简化电路图。（用“ ”表示电子门锁的电动机）
【变式2-2】图甲是一款学校常用的应急照明灯，当外部电路通电时两个应急灯都不亮；当外部电路停电时两个应急灯都发光。两个应急灯都正在发光时，小宁看到工人师傅将学校应急灯中的任意一个灯泡拧下，而另一个灯泡仍然发光。根据以上现象，小宁画出了这款应急照明灯的部分电路（如图乙），请你用笔画线代替导线把图乙的实物图连接完整（导线不能交叉）。

一、单选题
1.家用电动窗帘的电路主要由电源指示灯L和电动机M组成。先闭合开关S1，电源指示灯L亮；再闭合开关S2，电动机M工作拉动窗帘。当S1断开时，电动机M不能工作。如图所示电路中符合要求的电路是（ ）
A. B. C. D.
2.某兴趣小组要为居家老人设计一个“应急呼叫器”电路，要求：开关断开时，电灯和电铃均不工作；开关闭合时，灯亮铃响，即使电灯因断路不亮，电铃仍可工作。如图所示的电路中，符合设计要求的是（　　）
A.B.C.D.
3.图中的电动独轮车依靠电力驱动，低碳环保。当电源开关S闭合时指示灯亮起，独轮车处于待机状态，当人站在独轮车上时开关S1自动闭合，电动机工作，独轮车才开始运动。下列电路设计符合上述要求的是（ ）
A.B.C.D.
4.不戴头盔存在安全隐患，于是张明同学设计以下方案：骑行前，扫码成功后开关S1闭合，指示灯L亮，但电机不工作；从车头取出头盔并戴上后，头盔内遥控设备遥控S2闭合，电动机才通电工作；若只戴头盔不扫码则无法骑行。下列电路符合以上设计要求的是（　　）
A.B.C. D.
5.如图所示为第38届泸州市青少年科技创新大赛上展示的一件手臂骨骼模型，小明打算对该作品进行改进，加装电动机带动轮子转动，使骨骼模型动起来，并加装指示灯。电路设计要求为：只闭合开关S1，仅指示灯亮；再闭合开关S2，指示灯亮，电动机M转动；断开开关S1，指示灯熄灭，电动机M停止转动。满足该设计要求的电路是（　　）
A.B.C.D.
6.常用智能手机是通过指纹开关S1或密码开关S2来解锁的，若其中任何一种方式解锁失败后，锁定开关S3均会断开而暂停手机解锁功能，开关S3将在一段时间后自动闭合而恢复解锁功能。若用灯泡L发光模拟手机解锁成功，则图中符合要求的模拟电路是（ ）
A.B.C.D.
7.共享电动助力单车极大方便人们的出行。如图为某助力单车，使用前先摇晃车把检查电量，此时开关S1闭合，只有电量指示灯L1亮起；确认电量充足后扫码开锁，此时开关S2闭合，日间行车灯L2亮起，电动机M启动，且日间行车灯L2损坏时电动机M可正常工作；助力单车在规定区域内，开关S3始终处于闭合状态，如果驶离规定区域，开关S3自动断开，电动机M、行车灯L2均无法工作，指示灯L1可正常工作。下列电路设计符合要求的是（ ）
A. B.C.D.
8.高铁站的自动检票闸机口设有身份证和人脸识别双重验证，两个信息相符合后闸机门（电动机）自动打开，乘客可检票通过。若每个信息验证成功相当于闭合一个开关，下列模拟电路，符合要求的是（　　）
A.B.C. D.
9.某款电子垃圾桶可以将湿的厨余垃圾变干，作为动物饲料。将湿的厨余垃圾倒入垃圾桶，电路检测到桶内垃圾湿时，就吹风，吹风过程中：当桶内温度低时，吹热风；当桶内温度高时，吹冷风……直至垃圾变干，之后，整个电路结束工作。开关S温控在垃圾湿时闭合、干时断开；开关S温控在桶内温度低（≤60℃）时闭合、温度高（>60℃）时断开。下列电路中符合要求的是（ ）
A.B.C. D.
三、实验题
10.如图所示，在楼道中间安装的电灯，需要在楼梯的上下两头都能控制它，当人上楼梯时，能用下面的开关S1开灯，人上了楼梯以后，能用上面的开关S2关灯；当下楼梯时，能用S2开灯，用S1关灯，请画出电路图。器材：两个单刀双掷开关，一个灯泡，一个电源和若干导线。
11.同学们制成了如图所示的回答问题正确显示器，在长方体硬纸板上，别上两排曲别针。左边曲别针旁是问题，右边曲别针旁有相应的答案.电池和小灯泡串联起来，留出两个接线头A和B。提问者把接线头A与左排的曲别针接触，表示提出一个问题，回答者把接线头B与右排一个曲别针接触，表示选出一个答案，选择正确答案时，小灯泡会亮；选择错误时小灯泡不亮。请你用笔划线代替导线把曲别针连好。
12.一个既能吹出冷风又能吹出热风的电吹风，内部有一根电热丝、一个吹风机和两个开关组成。为了保护电吹风在正常使用中不被损，设计上不允许电热丝单独工作。题下已给出了插头，请设计并画出该电吹风的电路图（吹风机用电动机的符号表示）。
13.小丽在欣赏节日彩灯时发现，这些小彩灯是串联在一起的，其中零星地分布着不亮的几个，但其它彩灯却依然亮着，她感觉这与学过的串联电路的特点不相符。这是为什么呢？于是她找来一个标有“5V 0.2A”的完好的小彩灯，用图甲所示的器材进行研究。
（1）小丽已将部分电路连接起来，请你用笔画线代替导线帮她完成图甲中实验电路的连接，并在虚线框内画出相应的电路图。
false
（2）电路连接无误后，小丽通过实验记录的数据及现象如下表。
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压/V
0.5
1
2
3
4
5
6
7.5
电流/A
0.07
0.09
0.12
0.16
0.18
0.20
0.23
0
发光情况
微红
微亮
较亮
较亮
亮
亮
刺眼
熄灭
上表中第_______次实验的数据表明，小彩灯烧坏后会使电路处于开路状态。
（3）小丽为了弄清这个小彩灯烧坏后在实际电路中的作用，用它替换下新彩灯串中的一个小彩灯，将彩灯串接入家庭电路中继续观察，发现除了试验中烧坏的那个小彩灯不亮外，其他小彩灯依然亮着。这说明，烧坏的小彩灯使实际电路处于________状态。
（4）小丽又把这个烧坏的小彩灯接回到图甲所示的实验电路中重新观察，闭合开关后发现：电流表的指针竟然发生了偏转！对比试验电路和实际电路。她判断一定是由于实际电路的________较高，才使烧坏的小彩灯变成了导体，并且小彩灯应该具有特别的结构。
（5）小丽进一步了解到小彩灯的构造如图乙所示，灯丝下面好象有“细金属丝”与它并联着。她认为：可能是“细金属丝”起了关键性的作用！如果小丽的想法是正确的，请你对这个“细金属丝”的导电特点做出推测。
14.如图是小明设计的回答问题显示器。他在一块长方形硬纸板上，别上两排曲别针。左排曲别针表示问题，一个曲别针旁写一个问题。右排曲别针表示相应的答案，一个曲别针旁写一个答案。
把电池和小灯泡连接起来，并留出两个接线头A和B。提问者把接线头A与左排的一个曲别针接触，表示提出一个问题；要求回答者把接线头B与右排的一个曲别针接触，表示选出一个答案．只有选择正确答案时，小灯泡才亮；选择错误时灯不亮。问：
（1）硬纸板后是怎样连线的，请你画出来，并说说回答错误时灯不亮的道理。
（2）你能设计出一个回答正确时绿灯亮，回答错误时红灯亮的装置吗？如能画出你设计的电路图。
15.在许多医院的病房中，病人需要护理时不能及时通知值班室里的护士，为此小明想设计了一个呼叫电路，要求在每张床边都安装一个开关，在值班室里对应安装几个灯泡，只要某一病床的病人按下开关后，值班室里对应的电灯就会亮，护士就知道是哪一病人需要护理并及时到来。
（1）请按要求帮小明设计电路，画出你所设计的电路图。
（2）如果在值班室，当病人呼叫时，不仅有灯光显示床位，而且还要铃声呼叫，你设计的电路又是怎样的，请画出电路图。
方寸电路蕴创新，精微科技焕新生
电路是各类电子设备运行的基础载体，电路设计的创新迭代，是电子科技不断升级的核心环节。随着智能设备、新能源、物联网技术的快速发展，传统电路设计模式已难以满足现代科技需求，轻量化、低功耗、高稳定性、智能化成为当代电路创新的核心发展方向，广泛应用于民生、工业、航天等多个领域。
微型集成化是当下电路设计的主流创新趋势。早期电路由大量分立元件拼接组成，体积庞大、线路繁琐、故障率高。如今创新设计打破传统布局局限，通过精细化布线、元件集成封装、多层电路叠合等技术，将复杂的供电、信号传输、控制电路整合至极小的芯片模块中。这种设计大幅压缩了设备空间，降低了线路干扰，为智能手表、无人机、微型传感器等小型智能设备的普及提供了技术支撑。
绿色节能与智能调控电路设计，是行业创新的重要突破点。传统电路多为恒定功率运行，能耗损耗大。新型创新电路搭载智能感应与自适应调控模块，可根据设备工作状态、环境变化自动调节电流、电压与功率。在智能家居、光伏储能、工业自控设备中，这类电路能有效降低无效能耗，提升能源利用率，兼顾设备运行稳定性与节能环保需求。
电路设计的创新核心，在于突破固化思维，结合实际应用场景优化结构与功能。除了小型化、节能化外，抗干扰、高兼容、安全防护等创新设计，也持续提升电子设备的可靠性。持续深耕电路技术、优化设计方案，能够不断赋能电子科技革新，为智能化、绿色化科技发展筑牢基础。
参考答案
【例1】
【变式1-1】
【变式1-2】
【例2】
【变式2-1】
【变式2-2】
1.B 2.C 3.C 4.C 5.B 6.D 7.B 8.A 9.B
10.
11.
12.
13.（1）如图所示；（2）8；（3）通路；（4）电压；（5）“细金属丝”在电压过高时会被击穿，成为导体
14.

15.

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