第六节 跨学科实践：从开关到人工智能（教学设计）物理北师大版（北京）2024九年级全一册

六、跨学科实践：从开关到人工智能（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 教师 课题 六、跨学科实践：从开关到人工智能 教学 目标 物理观念 了解开关的基本原理和工作方式，认识常见开关类型（如机械开关、电子开关等）在电路中的作用。 科学思维 通过分析开关控制电路的过程，培养逻辑推理能力，能够从简单电路现象推导出开关工作的本质。 科学探究 经历探究不同类型开关性能的过程，学会提出问题、作出假设、设计实验、收集数据和分析论证，提高科学探究能力。 科学态度 与责任 在实验探究过程中，养成严谨认真、实事求是的科学态度，尊重实验数据，如实记录和分析结果。 教材 分析 “从开关到人工智能”是跨学科实践内容，是电学知识的综合应用与拓展，体现多学科融合。与第十七章前几节及初中物理其他电学、力学、光学章节有联系，跨学科实践需综合运用知识。教材先回顾开关原理，再深入逻辑电路，引出人工智能概念。编排由浅入深，穿插案例、图片或实验助理解。它让学生深入认识物理知识应用，培养综合能力，为后续学习奠基。 学情分析 学生有一定电学基础，但综合应用到复杂电路和新兴技术有困难，部分学生理解停于表面。九年级学生正从形象思维向抽象思维过渡，对直观案例感兴趣，理解抽象概念有难度，跨学科知识整合运用能力待培养。学生好奇心强，对新兴科技感兴趣，但部分自主学习能力不足，学习复杂知识易畏难，需教师引导。 教学重点 掌握开关的工作原理和常见类型；理解传感器的工作原理及在生活中的应用。 教学难点 理解传感器将非电学量转化为电学量的原理及过程。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【问题情境】2022年大量高端科技亮相北京冬奥会，六足滑雪机器人灵活避让障碍，顺利通过旗门；人机交互并肩滑行；在智慧餐厅，炒饭、馄饨等都是由机器人制作的，色香味俱佳的美食通过空中云轨自动送达对应餐桌，让人感觉就像置身于未来。 这些机器人是怎样实现自动控制、与人交流、精准服务的?实现人机交流的基本部件有哪些?这些基本部件又是怎样连接的? 观察思考，飞速发展的机器人，在不同领域的运用场景 学习新课 一、认识各种各样的开关 （一）认识常见的传感器 【演示与观察】图17.6-1中四盏小灯的传感器开关插座上安装有不同的元件，可以实现用不同方式控制小灯的亮灭。戴有磁环的手靠近小灯时，小灯发光（图17.6-1甲）；手移开时，小灯熄灭。有光照射元件探头时，小灯发光（图17.6-1乙）；无光照射时，小灯熄灭。在元件附近发出声音时，小灯发光；停止发声，小灯熄灭（图17.6-1丙）。用手触摸元件探头使其温度升高时，小灯发光（图17.6-1丁）；手不触摸时，小灯熄灭。 你知道实验中分别是用什么元件实现用不同方式控制小灯发光的吗? 在图17.6-1甲、乙、丙、丁所示的实验中，小灯连接不同元件后，便可以通过磁、光、声、温度等非电学量控制电路通断。在功能上，它们起到了开关的作用，为了方便交流，将这些元件分别称为磁控开关（干簧管）、光控开关、声控开关和温控开关，统称为传感器开关。 传感器开关一般由传感器、电路板两部分组成（干簧管除外），电路板上有灵敏度调节器和接线脚等器件，如图17.6-2所示。连接电路时，需要将传感器开关的三个接线脚接入电路，其中VCC连接电源正极，GND连接电源负极，DO（OUT）连接用电器的负接线柱。调节灵敏度调节器旋钮可以调节传感器开关感应非电学量的灵敏度。 （二）相关链接：干簧管 干簧管由两个软铁簧片和玻璃管组成，玻璃管内充满稀有气体。在没有磁场作用时，簧片的触点在弹力作用下处于断开状态（图17.6-3甲）。有磁场作用时软铁簧片被磁化，触点相互吸引处于导通状态（图17.6-3乙）。 观察图17.6-4所示的双投干簧管，它相当于一个磁控开关，分析一下它与图17.6-3所示的干簧管有什么不同。 （1）结构方面：单触点干簧管只有两个软铁簧片作为触点，结构相对简单，在磁场作用下这两个簧片直接相互吸引导通，在无磁场时依靠弹力断开。 双投干簧管相比单触点干簧管，其结构更为复杂。它至少有三个簧片，其中可能有一个公共簧片，两个不同方向的触点簧片，这样能实现不同线路间的切换功能。 （2）功能方面：单触点干簧管主要起到简单的通断控制作用，在磁场影响下，仅实现电路的接通或断开这两种状态，相当于一个简单的单刀单掷开关，控制单一电路的通断。 双投干簧管相当于一个磁控的双掷开关，在不同方向磁场作用下，能使公共簧片与不同的触点簧片接通，从而切换电路连接，实现电路在两个不同分支间的转换功能，应用场景更为广泛，比如可用于一些需要切换不同工作状态或不同信号源的电路中。 （三）活动一：组装磁控电路 【活动目的】 1．练习连接磁控电路。 2．观察磁控开关（干簧管）对LED的控制作用。 3．了解磁控开关（干簧管）的功能与使用方法。 【活动器材】传感器开关电路板、LED、干簧管、磁体、导线、螺丝刀等。 【活动内容】 1．观察干簧管的结构，检查干簧管是否破损。 2．观察传感器开关电路板，辨认电源正负极接线柱、LED正负接线插孔，以及传感器VCC、GND和DO（OUT）插孔（图17.6-5甲）。 3．按照图17.6-5乙所示的电路图，将电源正确连接在电源接线柱上（注意先断开电源开关），再用导线将干簧管的两接线柱分别连接在GND和DO（OUT）插孔上，最后将LED正确插在LED正负接线插孔上。 4．闭合电源开关，观察磁体靠近、远离干簧管时，LED的工作状态。 【议一议】请你说一说利用磁控开关是怎样控制LED发光的。根据这一特点可以开发哪些应用? （1）利用磁控开关控制LED发光的原理：干簧管作磁控开关，内部有两片磁性簧片。磁体靠近时，簧片磁化相吸，电路导通；在活动电路中，干簧管连接GND和DO（OUT）插孔，导通时DO（OUT）与GND接通，LED获电信号发光。磁体远离，簧片失磁分开，电路断开，LED熄灭。 （2）基于此特点的应用开发：如门窗防盗报警系统、液位检测装置、旋转计数装置、自动照明控制等等。 （四）活动二：研究声控、光控、温控电路 【活动目的】 1．练习连接声控、光控、温控电路。 2．观察声控开关、光控开关、温控开关对LED的控制作用。 3．了解声控开关、光控开关、温控开关的功能与使用方法。 【活动器材】传感器开关电路板、LED、声控开关、光控开关、温控开关、螺丝刀等。 【活动内容】 1．观察声控开关、光控开关、温控开关，认清VCC、GND和DO（OUT）接线柱。 2．观察传感器开关电路板，辨认电源正负极接线柱、LED正负接线插孔，以及传感器VCC、GND和DO（OUT）插孔（图17.6-5甲）。 3．按照图17.6-6所示的电路图，将声控开关VCC、GND和DO（OUT）接线柱插接在传感器开关电路板对应的插孔上。 4．闭合电源开关，在声控开关附近发出声音，观察LED是否发光，停止发声，再观察LED的发光情况，将观察结果记录在表17.6-1中。 5．分别用光控开关和温控开关组装电路，观察光较强与光较弱时、温度升高（触摸温控开关探头）与温度降低（不触摸温控开关探头）时LED的发光情况，将观察结果记录在表17.6-1中。 【议一议】在连接各种传感器控制电路、研究传感器对电路的控制作用的过程中，你有什么发现和想法?请与同学交流。 完成实验操作后回顾，声控开关依声音有无控制电路通断，光控开关随光照强度改变工作状态，温控开关随温度升降调整电路连接。这些传感器开关如“决策执行者”，感知外界物理量变化决定LED是否发光。人工智能领域很多智能系统工作原理与传感器开关控制逻辑相似，都是感知分析输入信息后做出判断响应。如智能照明系统依光照强度调亮度，类似光控开关；智能温控设备依温度启停装置，和温控开关作用相通。通过对比，可建立从简单开关控制到复杂人工智能系统的认知桥梁，为深入理解人工智能原理奠定基础。 你还知道哪些物品和设备中用到了传感器?它们分别是什么传感器?起到什么作用? 以下为您介绍一些常见物品和设备中用到的传感器及其作用： （1）智能手机：加速度传感器；陀螺仪传感器；光线传感器；距离传感器等。 （2）智能家居设备：智能门锁；智能摄像头；智能恒温器；智能烟雾报警器等。 （3）智能汽车：胎压传感器；氧传感器；碰撞传感器；语音传感器；速度传感器；光线传感器；温度传感器等等。 （4）工业设备：温度传感器；压力传感器；流量传感器等。 （四）相关链接：传感器的应用 传感器在不需要接触设备的情况下，就可以将非电学量转换成电学信号，便于人们进行测量、传输、处理和控制。利用这一特点，人们设计、制作了许多无接触设备来为生活服务。如图17.6-7所示的设备可能用到哪些传感器?说说你的理由。这些传感器给我们的生活带来哪些便利? 简单的传感器可以控制电路的通断，在实际的生活和生产中还有一种可以辨别语音的传感器，它可以根据语音指令实现对不同用电器的控制。 传感器在工业生产、智能家居、交通运输、医疗卫生、航空航天、环境监测、农业领域等众多领域都有广泛应用场景。 观察实验，认识各种传感器的神奇作用 观察实验，了解干簧管，本质上就是一种磁控开关 小组合作，利用干簧管实现对LED的控制 小组协作，完成探究实验，认识声控、光控和温控电路 记录实验结果 议一议，讨论各种传感器电路的控制作用 了解传感器的应用 了解光控、温控、以及人体感应实现的各种自动控制 了解传感器的应用场景 学习新课 二、认识语音开关 （一）认识语音识别开关 【演示与观察】如图17.6-8所示是物理小组的同学制作的“听话的小灯”。只要你对它说“小思、小思”，就可以将它唤醒，它会说：“你好，请问打开或关闭几号灯?”你对它说“打开一号灯”“打开二号灯”“关闭一号灯”“关闭二号灯”“灯全部打开”“灯全部关闭”，它便会准确执行你的指令。 根据你观察到的现象，说一说：“听话的小灯”应该由哪几部分组成?它们分别有什么作用? “听话的小灯”可能由以下几部分组成及其作用： （1）语音识别模块：作用是接收外界声音信息，并将接收到的语音转化为计算机能够识别和处理的数字信号，比如识别出“小思、小思”“打开一号灯”等指令，从而让系统知道用户的需求。 （2）中央处理单元（CPU 或类似控制芯片）：它如同“听话的小灯”的大脑，对语音识别模块传来的指令进行分析、判断和处理，根据不同的指令生成相应的控制信号，以决定如何操作灯的状态。 （3）语音合成模块：当接收到唤醒指令“小思、小思”后，通过该模块合成语音“你好，请问打开或关闭几号灯?”并播放出来，实现与用户的语音交互功能。 （4）灯光控制模块：接收中央处理单元传来的控制信号，依据指令准确控制对应的灯，如打开或关闭一号灯、二号灯，或者执行全部灯打开、全部灯关闭的操作，直接控制灯的亮灭状态。 （5）电源模块：为整个“听话的小灯”系统提供稳定的电能，保证语音识别模块、中央处理单元、语音合成模块和灯光控制模块等各个部分能够正常工作。 （二）相关链接：语音识别开关 语音识别开关利用语音识别技术，将人类的语音转换为数字信号来实现控制电路的通断。语音识别控制电路部分一般由语音识别模块、继电器模块和工作电路组成。这种技术广泛应用在智能手机、智能家居、机器人等现代智能设备中。 如图17.6-9所示是一款常见的语音识别开关电路板。它的左侧是控制电路元件（麦克风、电源、扬声器）接线柱，中间是语音识别芯片电路和可以插接交通灯的插孔，右侧是工作电路的三个开关，每个接线柱都有正负之分，使用前需要辨认清楚。 （三）活动三：连接语音识别开关电路控制多个用电器（选做） 【活动目的】 1．练习连接语音识别开关电路，使其控制多个用电器。 2．了解语音识别开关的控制作用及其对工作电路的控制过程。 3．了解语音识别开关在生活中的实际应用。 【活动器材】 语音识别开关电路板、面包板、扬声器、麦克风、控制电路电源（4.5V）、工作电路电源（3V）、导线、LED（3个）、小螺丝刀等。 【活动内容】 1．观察语音识别开关电路板，找到控制电路中麦克风、电源和扬声器的接线柱，并确认电源正负极接线柱。找到工作电路三个开关的接线柱，并确认每个接线柱的正、负。 2．连接工作电路。按照图17.6-10甲所示的电路图，在面包板上插接LED（正接线柱要连接电源正极）、工作电路电源正极。再用导线分别将LED的负接线柱分别连接在工作电路开关的正接线柱上，工作电路电源负极连接在其中一个工作电路开关的负接线柱上（三个开关的负接线柱已连在一起），如图17.6-10乙所示。 3．连接控制电路。先将电源正、负极正确接在控制电路电源接线柱上（注意断开电源开关），然后分别在控制电路的对应接线柱上连接麦克风和扬声器（图17.6-11）。 4．闭合控制电路开关和工作电路开关，对语音识别开关发出“打开一号灯”“打开二号灯”“打开三号灯”“关闭一号灯”“关闭二号灯”“关闭三号灯”“灯全部打开”“灯全部关闭”等指令。观察现象，设计数据记录表记录观察到的现象。 分析实验现象与数据。根据记录表中的内容，总结不同语音指令下各LED的亮灭状态，归纳语音识别开关对单个用电器和多个用电器的控制逻辑，讨论指令识别的准确性及可能影响因素，如环境噪音、指令发音清晰度等。 拓展探究与讨论。尝试更换不同指令（如“开灯”“关灯”）或调整LED数量，观察语音识别开关的响应变化；结合生活实例，思考语音识别技术在智能家居、工业控制等领域的应用优势与局限性，如隐私保护、兼容性等问题，提出改进设想或新的应用场景。 【议一议】你还知道生产生活中哪些物品和设备用到了语音识别开关?与手动开关相比，语音识别开关有什么好处?在连接语音识别开关控制电路，了解语音识别开关对电路的控制作用的过程中，你有什么发现和想法?请与同学交流。 比如智能手机语音助手可通过语音指令拨打电话、发信息、设闹钟；智能音箱搭载语音识别开关，能按语音命令播放音乐、查天气、控家电；汽车语音控制系统也用此技术，驾驶员可免分心开关空调、调音量。与手动开关相比，语音识别开关最大好处是解放双手、操作便捷高效，适用于双手被占或行动不便场景，如厨房语音控抽油烟机、残障人士语音操控家居设备。连接使用时，语音识别开关对指令识别有容错率，但周围有持续背景噪音时，识别准确率会下降；不同人发音语速、声调差异也会影响响应，这表明语音识别技术在实际应用中需优化算法以适应复杂环境。此外，部分语音识别开关联网才能实现更多功能，这引发对网络稳定性影响其可靠性的思考。 你还可以给语音识别开关控制电路设计一个外壳，让它更加漂亮、实用。利用传感器可以通过周围环境的温度、力的大小、光的强度、声音等的变化，改变电路中的电流、电压等电学量，实现对各种用电器的控制。如果将它们的功能组合在一起，就可以实现智能化控制。 设计外壳时，可预留传感器安装位置。如在外壳侧面嵌入光敏传感器，环境光线变暗时，自动触发语音识别开关的夜间模式，降低指令识别灵敏度阈值，避免灯光刺激人眼；在外壳顶部安装压力传感器，按压外壳时，压力信号转化为电信号，暂时屏蔽语音指令输入，防止误操作；在外壳内部集成温度传感器，检测到电路工作温度过高，通过语音模块发出警报，自动切断部分非必要功能电源，实现过热保护。这些传感器组合应用，使语音识别开关控制电路在基本语音控制功能基础上，能根据环境变化智能响应，提升装置安全性和使用体验，让外壳成为智能化控制体系的重要部分。 初步认识语言识别开关 了解语音识别开关 通过实验语音识别开关的工作过程 小组合作，完成探究 交流讨论，如何优化设计，便于实现自动化控制 学习新课 三、认识语音识别智能机器人 【演示与观察】如图17.6-12所示是一款语音识别智能机器人，它能够唱歌、朗诵诗词，还能够跟人对话，回答一些问题。闭合机器人的电源开关，按下相应的按键，可以切换到播放儿歌、播放古诗词等不同模式，并在对应模式中切换上、下曲目。将其与网络连接后，可以让它播放信息，还可以问它一些问题，如“今天北京的天气怎么样?”“北京欢迎您，用英语怎么说?”“3乘6等于几?”等，它都会作出回答。 这样的语音识别智能机器人由哪些元件组成?各有哪些功能?如何才能使它变得更“聪明”呢? 主要构造：（1）外部元件：麦克风接收声音信号、扬声器输出语音回应、显示屏显示当前模式或信息。 （2）内部核心元件：处理语音信号的芯片，它是机器人“大脑”，能识别、解析和处理语音指令并发出控制信号；存储模块存放各类信息，确保不同模式下快速调用；电源模块为运行提供稳定电力，如同“心脏”；按键作为输入设备，供用户选择功能模式实现人机交互。 要让机器人更“聪明”，可多方面改进。一方面优化语音识别算法，提高对不同口音、语速及复杂环境下语音指令的识别准确率，减少误识别。另一方面扩展知识库，更新和增加存储信息，加入更多领域知识以回答更广泛问题。还可增加传感器种类和数量，如安装摄像头实现视觉识别、添加温度传感器感知环境温度并提醒。同时，提升自主学习能力，使其根据用户习惯和反馈调整回答方式和功能表现，满足个性化需求。此外，加强网络连接稳定性和数据传输速度，确保高效、及时获取网络信息，提供优质服务。 语音识别智能机器人的核心元件是一块如图17.6-13所示的主板，也就是机器人的“大脑”，其附件插接在主板的对应插孔上。 活动四：组装语音识别智能机器人（选做） 【活动目的】 1．练习组装语音识别智能机器人。 2．根据需要设计语音识别智能机器人的外壳，经历设计过程。 3．给语音识别智能机器人连接网络，并与机器人对话，体验语音识别智能机器人的功能。 【活动器材】 语音识别智能机器人主板、电池、音量开关、话筒、喇叭、“眼睛”矩阵灯、“耳朵”灯（2个）、纸筒（或其他可以做机器人外壳的材料）、铅笔、刻度尺、剪刀、美工刀、热熔胶枪、热熔胶等。 【活动内容】 1．观察语音识别智能机器人主板，辨认机器人的附件及安装位置，确认各个附件的安装方法。 2．按照图17.6-14将附件安装在对应元件的插孔上，并确认是否连接牢固。闭合电源开关，观察“耳朵”灯、“眼睛”矩阵灯、喇叭能否正常工作，按下其他按键，确认相应的功能能否正常使用。 3．利用纸筒或者你选定的纸盒，根据语音识别智能机器人各附件的功能，为它设计一个有创意的外壳，然后将机器人的附件固定在机器人外壳的对应位置，并用热熔胶粘牢（图17.6-15甲），最后将机器人外壳扣在一起，语音识别智能机器人就做好了（图17.6-15乙）。 4．根据语音识别智能机器人的使用说明书，按照提示给你制作的机器人连接网络，点击语音键就可以尝试与机器人对话。 向同学展示你的语音识别智能机器人，看看谁的机器人做得更美观、操作更方便，并向家人和朋友介绍你制作的语音识别智能机器人。 如果你继续深入研究语音识别智能机器人，还可以进一步丰富它的识别和对话内容，使它更加“聪明”，解答你的更多问题。 认识语音识别机器人 尝试组装语音识别机器人 课 堂 练 习 1．考虑到安全方便和节能环保，学校楼道的照明灯使用了光控、声控开关，光控开关在光线不足时闭合，声控开关在有声音时闭合。下列电路中，能实现在光线不足且有声音时灯才亮的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】光线不足且有声音时灯才亮，说明两个开关均闭合时灯才亮； A．如图，两开关并联，只要闭合一个开关，灯就亮了，故A不符合题意； B．如图，两开关串联，需全部闭合灯才会亮，故B符合题意； C．如图，当只闭合声控开关时，灯亮，而闭合光控开关时，电源被短路，故C不符合题意； D．如图，当只闭合光控开关时，灯亮，而闭合声控开关时，电源被短路，故D不符合题意。 故选B。 2．小明设计了一种晚上自动给花草浇水电路，要求浇花器仅在土壤过于干燥的夜间才开始工作，对花草进行浇水。光控开关在天黑时闭合，湿敏开关在土壤过于干燥时闭合，下列电路能满足上述条件的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由题知当土壤过于干燥的夜间，浇花器才开始工作，白天，即使土壤干燥，浇花器也不工作，说明两个开关不能独立工作，即两个开关应串联，并且与火线相连，再和浇花器串联，故A符题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．“干簧管”为磁敏开关，当磁体靠近时簧片磁化相吸接通电路。如图所示，闭合开关S，电路稳定后移去磁体，则（　　） A．电流表示数变小，电压表示数变大 B．电流表示数变小，电压表示数不变 C．电阻R1功率变小，电路总功率变小 D．电阻R2功率变大，电路总功率变大 【答案】C 【详解】由电路图知：闭合开关S，“干簧管”为磁敏开关，当磁体靠近时簧片磁化相吸接通电路，定值电阻R2和电流表被短路，只有定值电阻R1接入电路中，电压表测量电源电压； AB．电路稳定后移去磁体，“干簧管”磁敏开关断开，定值电阻R2和电流表没有被短路，正常工作，电流表测量电路中的电流，此时电路R1与R2串联，电流表示数相对于被短路时变大，由于电源电压不变，所以电压表示数不变，故AB不符合题意； CD．根据串联电路的电阻特点可知，电路中的总电阻变大，根据欧姆定律可知，电路中的电流变小，由P=UI可知，电路总功率变小；由串联电路电流处处相等的特点，通过电阻R1的电流变小，由P=I2R1可知，电阻R1功率变小，故C符合题意，D不符合题意。 故选C。 4．如图甲所示是物理创新小组设计的“闯红灯违规模拟记录器”，控制电路电源电压为6 V，电磁继电器线圈电阻为10 Ω，R为压敏电阻，其阻值大小随压力F 的变化关系如图乙所示。当光控开关接收到绿光时断开，工作电路中指示灯亮，电控照相机不工作；当光控开关接收到红光时自动闭合，且当力敏电阻受到车的压力增大到一定数值，控制电路中电流等于或大于0.06 A时，电控照相机开始拍照，g取10 N/kg。下列说法中正确的是（　　） A．a处是电控照相机，b处是指示灯 B．当控制电路中电流等于0.06 A时，闯红灯的车的质量为600kg C．当质量为1 200 kg的车闯红灯时，控制电路消耗的总功率为0.9 W D．若需要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以适当降低电源电压 【答案】C 【详解】A．当光控开关接收到绿光时断开，衔铁没有被吸下来，a处是通电的，此时工作电路中指示灯亮，说明此时a处是指示灯，b处处于断开状态；当接收到红光时开关闭合，且压敏电阻受到压力足够大，电磁继电器线圈电流达到0.06 A，衔铁被吸下，b处电控照相机工作，因此b处是电控照相机，a处是指示灯，故A错误； B．当控制电路中电流为0.06 A时，电路总电阻为 线圈电阻为10 Ω，则此时压敏电阻阻值应该为R压＝R总－R圈＝100 Ω－10 Ω＝90 Ω 车的质量m＝600 kg时，压力F=G=mg=600kg×10N/kg=6000N 由图乙可知，压敏电阻受到的压力为6 000 N时，对应的电阻值不是90Ω，故B错误； C．当车的质量为1 200 kg时，压力F'＝m'g＝1200 kg×10N/kg＝12000N 由图乙可知此时压敏电阻阻值为30Ω。总电阻为R总′＝R′＋R圈＝30Ω＋10Ω＝40Ω 总功率 故C正确； D．若降低电源电压，在相同压力下，压敏电阻阻值不变，控制电路电流减小，电磁继电器不易触发拍照，因此需要提高电源电压才能使质量较小的车触发拍照，故D错误。 故选C。 5．如图为某智能光控照明装置的电路图，传感器天亮时相当于一个断开的开关，天黑时相当于一个闭合的开关。电路各处接触良好，各元件可正常工作。下列说法中正确的是（    ） A．若天黑时灯L不发光，则开关可能是断开的 B．若要实现智能光控功能，应闭合开关和 C．若要实现智能光控功能，应仅断开开关，天亮时灯L发光 D．若要关闭智能光控功能且灯L发光，则开关和一定是闭合的 【答案】D 【详解】A．开关是总开关，在实行智能光控时是闭合的，若天黑时灯L不发光，则可能是灯泡断路，故A错误； B．若要实现智能光控功能，由于天亮时灯泡不发光，因此开关S2应断开，故B错误； C．若要实现智能光控功能，仅断开开关，天亮时传感器断开，灯泡不发光，故C错误； D．若要关闭智能光控功能且灯L发光，则灯泡一直是通路，开关和一定是闭合的，故D正确。 故选D。 6．如图是某变频空调电路原理示意图，电源电压U1不变，Rs为调控电阻，可通过遥控调节其阻值大小，Rt为热敏电阻，其阻值随温度的变化而变化，L为磁控开关。当环境温度升高到设定值时，L的两个磁性弹片因磁力增大而相互吸合，工作电路的变频压缩机开始制冷工作，由此可知，热敏电阻Rt的阻值随温度的升高而 （选填“增大”或“减小”）；若要提高设定温度，应将调控电阻Rs的电阻调 （选填“大”或“小”）。 【答案】 减小 大 【详解】[1]由题意知，在控制电路中，调控电阻Rs和热敏电阻Rt串联，伴随着环境温度的升高到设定值时，L的两个磁性弹片因磁力增大而相互吸合，因为通电螺线管的磁性随电流的增大而增大，这说明随着环境温度的升高，控制电路中的电流增大了，由欧姆定律可知，控制电路的总电阻必定减小，所以热敏电阻Rt的阻值随环境温度的升高而减小。 [2]由题意可知，当环境温度升高到设定值时，控制电路中的电流增大到一定的数值，磁控开关L的两个磁性弹片因磁力增大而相互吸合，工作电路的变频压缩机开始制冷工作，又因为热敏电阻Rt的阻值随环境温度的升高而减小，所以如将调控电阻RS的电阻调大，就需要环境温度更高，热敏电阻Rt的阻值更小，才能使控制电路中的电流增大到一定数值使磁控开关L的两个磁性弹片相互吸合。因此，若要提高设定温度，应将调控电阻Rs的电阻调大。 7．阅读短文，回答问题： 自动除湿器 惠州的春季，天气潮湿，需要除湿。如图1所示为某实验室的自动除湿器。除湿器内部的电路结构由控制电路和工作电路两部分组成。简化后的电路图如图2所示，已知控制电路中的电源电压，调控电阻的阻值范围为0~1000Ω。R为装在除湿器内的湿敏电阻。其阻值随相对湿度（空气中含有水蒸气的百分比，单位为：%RH）变化的图像如图3所示。L为磁控开关，当湿敏电阻R的阻值发生变化时，控制电路中的电流随之发生变化，当电流大于或等于25mA时，L的两个由磁性材料制成的弹片具有了磁性并相互吸合，工作电路的压缩机开始带动系统进行除湿。工作电路两端电压，为保护电阻，磁控开关L的线圈电阻不计。 （1）当S接通时，可判断出图2中线圈上端P的磁极是 极。 （2）磁控开关L内部的磁性弹片可能是下列哪些材料组成（　　） A．钴、锌 B．铁、铝 C．钴、镍 D．铁、铜 （3）开关S闭合后，磁控开关L内部的两个弹片在一定条件下相互吸合，此过程中未涉及的知识有（　　） A．电流的磁效应 B．电磁感应 C．磁化 D．磁极间相互作用 （4）由图3可知，湿敏电阻R的阻值随着相对湿度的增加而 ；在磁控开关L闭合条件不变的情况下，若要早点开始除湿，则应将控制电阻 。（本小题两空均选填“变大”“变小”或“不变”） （5）因实验室内有较敏感的器件，要求相对湿度控制在以内，则调控电阻的阻值不能超过 Ω。 【答案】（1）N （2）C （3）B （4）变小 变小 （5）380 【详解】（1）当S接通时，图2中电流从电磁铁的上端流入，下端流出，由右手螺旋定则得，线圈上端P的磁极是N极。 （2）L的两个弹片由磁性材料制成，铁、钴、镍可以被磁化，是磁性材料，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 （3）开关S闭合后，磁控开关L内部的两个弹片在一定条件下相互吸合，是因为两个由磁性材料制成的弹簧片被磁化，异名磁极相互吸引，也说明了通电导体的周围存在磁场，即用到电流的磁效应、磁化、磁极间相互作用，此时电路中没有感应电流产生，没有用到电磁感应，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 （4）[1]由图3可得，相对湿度的增加，湿敏电阻R的阻值变小。 [2]在磁控开关L闭合条件不变的情况下，在此时磁控开关L的电流不变，电路的电阻不变；控制电路中，调控电阻R0、R、磁控开关L串联，若要早点开始除湿，则对应的R阻值较大，由串联电路电阻特点得，电阻R0应变小。 （5）当电流大于或等于25mA时，L的两个由磁性材料制成的弹片具有了磁性并相互吸合，由欧姆定律得，此时电路电阻为 因实验室内有较敏感的器件，要求相对湿度控制在以内，由图3可得，当相对湿度为时，湿敏电阻R的阻值为100Ω，由串联电路电阻特点得，此时电阻 则调控电阻R0的阻值不能超过380Ω。 板 书 设 计 六、跨学科实践：从开关到人工智能 一、各种各样的开关 1．常见的传感器 光控开关、温控开关、声控开关、磁控开关等统称为传感器开关。 2．传感器开关一般由传感器、电路板两部分组成（干簧管除外），电路板上有灵敏度调节器和接线脚等器件。 3．干簧管 （1）构造：两个软铁簧片和玻璃管，玻璃管内充满稀有气体。 （1）原理：在没有磁场作用时，簧片的触点在弹力作用下处于断开状态。有磁场作用时软铁簧片被磁化，触点相互吸引处于导通状态。 （3）组装和调试： 4．传感器的特点：在不需要接触设备的情况下，就可以将非电学量转换成电学信号，便于人们进行测量、传输、处理和控制。 5．传感器的作用：可以辨别语音的传感器，根据语音指令实现对不同用电器的控制。 二、语音开关 1．作用：识别人发出的语音，并作出相应的开关操作，控制电路不同的工作状态。 2．应用场景： 三、组装语音识别智能机器人（选做） 1．器材：略 2．组装。 课 堂 小 结 六、跨学科实践：从开关到人工智能 作业布置 1．教材本节末“实践与探索” 2．配套同步“导学案”。 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $