跨学科实践 设计简单电路（高效培优讲义）物理苏科版2024九年级上册

跨学科实践 设计简单电路 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 设计并制作病床呼叫系统模型 1 题型2 设计交通信号灯系统模型 8 【能力培优练】 14 【链接中考】 27 【重难题型讲解】 题型1 设计并制作病床呼叫系统模型 1．基础电路设计 电路结构：每个床位的开关和对应的指示灯作为一个独立的串联支路，然后所有支路并联连接在电源的两端。 优点：电路简单，互不干扰。哪个灯亮，就明确对应哪个床位。 缺点：缺乏全局警报。如果护士不在视线范围内，就无法及时发现呼叫。 电路图： 2．电路优化方案（声光报警） 设计目标：实现灯光定位 + 声音全局警报。 核心思想：将电铃（或蜂鸣器）放置在所有支路的公共干路上。这样，任何一条支路的开关闭合，不仅会让该支路的灯泡亮起，同时也会让主路上的电铃形成闭合回路而发声。护士听到铃声后，查看哪个指示灯亮，然后前往相应床位。处理完毕后，需要病人主动松开开关，电路才会完全断开，灯光和铃声同时停止。 电路图： 缺点：铃声必须由病人松开开关才能停止。这可能导致护士还在处理时，铃声持续作响造成噪音，或者病人提前松开开关导致护士无法确认是哪个床位。 进一步改进方案：将一个常闭的复位按钮（带自锁功能，按下断开，旋转或钥匙复位）与电铃串联在干路上，安装在护士站。护士听到后，按下复位按钮，电铃电路被切断，铃声停止，但对应床位的指示灯依然保持常亮。护士根据常亮的指示灯找到呼叫床位。处理完毕后，护士通知病人松开呼叫开关，指示灯熄灭，护士将复位按钮复位，系统恢复待机状态。 【典例1-1】在综合实践活动课上，以两张病床为例，设计病房呼叫电路，用铃声提醒值班室的护士，用指示灯指示床位，下列电路中符合要求而且最科学的是（ ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．由图示电路图可知，两指示灯并联在两支路中，电铃串联在干路中，护士可以通过铃声得到提醒，通过指示灯判断床位有要求，最科学，故A符合题意； B．由图示电路图可知，指示灯串联在干路中，两电铃并联在支路中，由于指示灯接在干路中，不能根据指示灯判断是哪个病人在呼叫，该电路不科学，故B不符合题意； C．由图示电路图可知，两指示灯分别与电铃串联，然后组成并联电路，但电铃太多，浪费资源，不科学，故C不符合题意； D．由图示电路图可知，灯泡与电铃并联由同一开关控制，然后两电路并联，但电铃太多，浪费资源，不科学，故D不符合题意。 故选A。 【跟踪训练1】在综合实践活动中，某小组为医院设计病房呼叫电路，要求在病人需要护理时，闭合病房床头开关，就能及时通知值班室里的护士。图中最合理的设计方案是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题意可知，各病床的灯互不影响，故为并联，并且各支路灯泡都有相应的开关控制，由于每位病人按下床头开关后，值班室的电铃响，故电铃在干路上： A．两病房开关并联，灯与电铃并联，闭合病房中的任一开关，灯发光，电铃响，不能确定是哪个病房的人需要护理，故A不符合题意； BD．各病床的灯为并联，电铃在干路上，无论哪个房间闭合床头开关，所控制的灯与电铃连通，电铃响，灯发光，就能及时通知值班室里的护士，故B符合题意、D不符合题意； C．各病床的开关为并联，灯和电铃串联在干路上，闭合任一开关，电铃响，灯发光，无法得知是哪间病房按了开关，故C不符合题意。 故选B。 【跟踪训练2】实验小组为医院病房设计呼叫电路，在病人需要护理时，闭合床头开关，就能及时通知值班室里的护士，下列设计方案最合理的是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】病人需要护理时，闭合床头开关，能及时通知值班室里的护士，所以每个病房的开关应对应值班室的一个指示灯，这样护士能知道是哪个病房需要护理。 A．多个病房开关并联后与一个指示灯串联，无法区分是哪个病房的病人需要护理，不合理，故A不符合题意； B．每个病房的开关对应一个指示灯，且指示灯并联在电路中，这样闭合某个病房的开关，对应的指示灯亮，护士能知道是哪个病房需要护理，合理，故B符合题意； C．电路中有电铃，但是指示灯与电铃的连接方式是并联的且都在值班室，各病房开关是串联关系，不能很好地区分病房，不合理，故C不符合题意； D．开关与指示灯都在病房，不能清晰区分病房，不合理，故D不符合题意。 故选B。 【典例1-2】某科技小组为医院病房设计呼叫电路，在病人需要护理时，闭合床头开关S1或S2，护士值班室的护士就能及时看到对应的灯L1或L2亮，同时听到电铃响起。请用笔画线代替导线在图中连接符合设计要求的电路图。 【答案】 【详解】经分析可知，灯L1和L2并联，且开关S1和S2分别位于两支路上，电铃位于干路上，干路上的开关S控制整个电路，电路图的连接如下图所示： 【跟踪训练1】在“设计病房呼叫模拟电路”实践活动中，老师提出的设计要求是：假定有两张病床，要求任意一床位的病人按下开关后，值班室中对应的电灯都会亮，并伴有铃声，以便护士及时知道哪个床位上的病人需要护理．请你在左侧空白处设计电路图（电子门铃用 符号表示），并在如图所示实物图中连线． ( ) 【答案】 【详解】根据题意知道，应将每个床头的开关与对应的指示灯串联后再并联，电铃在干路中,电路连接及电路图如下图： 【跟踪训练2】物理兴趣小组进行了如下实验： a．第一小组在“连接串联电路”实验中，实验电路如图a所示； (1)在连接电路时，开关应该处于 状态。 (2)连接好电路后闭合开关S，发现L1、L2两只灯泡都不亮。用手按一下灯泡L1时，L1、L2仍然都不亮；按一下灯泡L2时，两灯都亮，松开手两灯又不亮。则故障可能是________。 A．L1灯丝断了 B．L2灯丝断了 C．L1短路 D．L2与灯座接触不良 (3)闭合开关时，观察到灯L1比L2亮些。有同学认为这是因为L1比L2更靠近电源的正极。在不增加其他器材的条件下，能判断这种观念是否正确的操作方法是 。 b．第二小组为医院护士值班室与病房之间设计的呼叫电路如图b所示，则电路中的三只灯泡是 联（选填“串”或“并”）的，这样连接的好处是 ；如果要求在值班室当病人呼叫时，不仅有灯光显示还需要声音呼叫，小明的设计应进行的改进是 。 【答案】(1)断开 (2)D (3) 断开开关，将两灯位置互换，闭合开关后观察比较L1、L2的亮度情况 并 能独立工作，互不影响 在B处串入一个电铃 【详解】（1）为了保护电路，在连接电路时，开关应该处于断开状态。 （2）连接好电路后（两灯串联），闭合开关S，L1、L2两只灯泡都不亮，电路可能为断路或短路或接触不良； 当用手按一下灯泡L1，L1、L2仍然都不亮，说明故障可能没有在L1；按一下灯泡L2，两灯都亮，则故障在L2； 松开手两灯又不亮，说明故障可能是L2与灯座接触不良。 故选D。 （3）[1]在不增加其他器材的条件下，能判断这种观念是否正确的做法是：断开开关，将两只灯泡交换位置，再比较两灯的亮度，会发现“交换位置后，原先较亮的灯泡依然较亮”，说明灯泡的亮度与是否靠近电源的正极无关。 [2][3]如图b所示，三只灯泡单独在一条支路上，分别由三个开关单独控制，可知三个灯泡各自能够独立工作，相互之间并不影响，是并联的。 [4]在值班室当病人呼叫时，不仅有灯光显示还需要声音呼叫，可以再安装一个电铃，需要任何一个病房闭合开关，灯亮铃响，三个灯泡一个电铃，所以可以将电铃安装在干路上，又需要值班室的护士能够听见，所以可以在干路上的B处串入一个电铃。 题型2 设计交通信号灯系统模型 1． 基础电路设计与工作原理 核心思路：使用双刀双掷开关实现互锁,开关的两个动片分别控制车行和人行两个回路，并且通过开关的机械结构，确保两个回路永远处于相反的状态。 电器元件：电源：直流电源（如6V电池盒）、开关：双刀双掷开关 × 1、指示灯：红色LED与电阻、绿色LED与电阻 × 2套 （分别用于车行和人行信号灯）、导线若干。 车行回路：将“车行绿灯”和“人行红灯”连接到双刀双掷开关的第一组触点上，当开关拨向“车行”档位时，此回路接通。 人行回路：将“车行红灯”和“人行绿灯”连接到双刀双掷开关的第二组触点上，当开关拨向“人行”档位时，此回路接通。 两个回路的另一端并联起来，连接到电源。 电路图： 【典例2-1】交通安全对于我们每个人的日常生活至关重要。在繁忙的街道上，交通信号灯有条不紊地指挥着车辆和行人的通行，大大减少了交通事故的发生几率。下列电路中，符合直行方向交通信号灯（只考虑红灯和绿灯）模拟设计的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】交通信号灯的红灯与绿灯工作时互不影响，所以两灯是并联关系；工作时通过开关控制电路中只有红灯工作或只有绿灯工作，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【跟踪训练1】在放学回家的路上有便于盲人行走的盲道设计，但过马路时红绿灯并没有声音的提示，疯狂物理小组利用所学知识设计了一个带有铃声的交通信号灯。要求各用电器之间互不影响，绿灯亮时电铃1响，红灯亮时电铃2响，下图电路设计中符合上述要求的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．电路为串联电路，各用电器会相互影响，故A不符合题意； B．电路中控制红灯和电铃2支路，控制绿灯和电铃1支路，符合“绿灯亮的同时电铃 1 响，红灯亮的同时电铃 2 响”的要求，但各支路中的信号灯和电铃是串联的，会相互影响，故B不符合题意； C．电路中控制红灯和电铃2支路，控制绿灯和电铃1支路，符合“绿灯亮的同时电铃 1 响，红灯亮的同时电铃 2 响”的要求，且各支路中的信号灯和电铃是并联的，不会相互影响，故C符合题意； D．电路中、都在干路上，当两开关同时闭合时，所有用电器全部同时工作；当断开任意一各开关是，所有用电器都不能工作，故D不符合题意。 故选C。 【跟踪训练2】某城市要设计带有铃声的交通信号灯电路，要求红、绿灯交替工作，且各用电器互不影响，绿灯亮时电铃1响，红灯亮时电铃2响，下列模型电路中符合上述要求的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】并联电路中各用电器之间互不影响，由题意知，要求各用电器互不影响，所以灯与电铃间应并联；其中绿灯亮时电铃1响，红灯亮时电铃2响，说明绿灯和电铃1由一个开关控制，即该开关在绿灯和电铃1并联的干路上；同理，红灯和电铃2由另一个开关控制，该开关在红灯和电铃2并联的干路上；由各选项图知，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【典例2-2】请根据题目要求设计完成电路： (1)电动车方便快捷深受人们喜爱。当把钥匙插入插孔，相当于闭合开关S，接通电源电动机才能工作，闭合S1灯才会亮，闭合S2铃才会响。如果不插入钥匙，无论如何车灯不亮，铃也不响。请用笔画线代替导线，并标明各开关名称； (2)如图是简易手动交通信号灯模拟电路的一部分，请补画一根导线，使开关S接1时，只有L1、L2亮，开关接2时，只有L3、L4亮； (3)如图，某次知识竞赛必答题环节，题目涉及科技、文学、历史、民俗等多方面，每一类题是一块独立的答题板，双方各有一次答题机会。其中科技类题答题板如图（1）。开始时，双方的灯都亮着，若甲队回答正确，闭合开关S甲，为乙队灭灯；若乙队回答正确，闭合开关S乙，为甲队灭灯。显示“科技类”的电子屏幕一直亮着。最后比较双方剩余（亮着）的灯数决定胜负。请在虚线框中将电路图补充完整。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由题意知，不插入钥匙，则电动机和车灯及铃都不工作，所以开关S同时控制电动机和车灯及铃。而电动机、车灯和铃独立工作，互不影响，三者并联在电路，所以开关S接在干路上，S1控制车灯，S2控制铃，作图如下： （2）由题意知，开关S接1时，控制L1和L2，开关S接2时，控制L3和L4，结合电路图知，S接1时，L1和L2并联工作，S接2时，L3和L4并联工作，导线补画如下： （3）由题意知，开关S乙控制甲队的灯，开关S甲控制乙队的灯，且开关闭合时让对方灯灭，电子屏幕一直工作，所以，应使两灯与电子屏幕串联，用开关短路灯来让灯灭，作图如下： 【跟踪训练1】请根据图a所示的手动交通信号灯模拟电路图，在图b中连接电路。 【答案】 【详解】根据图 a 的电路图，红灯和绿灯并联，开关 S 为单刀双掷开关，分别控制红灯和绿灯。从电源正极出发，连接到开关 S 的中间接线柱。 将开关 S 的 A 接线柱与红灯的一个接线柱连接，红灯的另一个接线柱连接到绿灯的右接线柱。 将开关 S 的 B 接线柱与绿灯的左接线柱连接，绿灯的右接线柱连接到电源负极。如图所示： 【跟踪训练2】图是简易手动交通信号灯模拟电路的一部分，请补画一根导线，使开关S接1时，只有L1、L2亮，开关接2时，只有灯L3、L4亮． 【答案】 【详解】由图可知，将灯泡L1的上端接线柱与电源正极连接，则可实现开关S接1时，只有L1、L2亮（L1、L2并联），开关接2时，只有灯L3、L4亮（L3、L4并联），如图所示： 【能力培优练】 1．球场外路灯由逻辑芯片实现自动光控。逻辑芯片（左图）可获取被采集电路中的电流或电压信息，比较相关信息后芯片向路灯电路发出控制指令；被采集电路（右图）由光敏元件（符号，有光照射时，相当于导线；无光照射时，相当于断路）和指示灯等部件组成。关于“自动光控”以下说法正确的是（ ） A．采集点电流，若增大，则接通路灯电路 B．采集点电流，若增大，则接通路灯电路 C．采集点电流，若增大，则切断路灯电路 D．采集点间的电压，若增大，则切断路灯电路 【答案】C 【详解】分析被采集电路：有光照射时，光敏元件导通，上支路电流增大，总电流增大，下支路电流不变；无光照射时，光敏元件断路，，总电流变小，下支路电流仍不变。 A．A点电流增大对应有光照射时，不应接通路灯电路，故A错误； B．B点电流有无光照射均始终不变，无法判断光照射情况，则不能确定是否接通路灯电路，故B错误； C．C点电流增大对应有光照射时，应切断路灯电路，故C正确； D．AC间的电压始终为电源电压，无法反映光线变化情况，则不能确定是否切断路灯电路，故D错误。 故选C。 2．小伟给学校劳动实践基地的蔬菜大棚设计了一个测量空气湿度的电路图，如图甲所示。电源电压恒为6 V，定值电阻R0的阻值为20 Ω，湿敏电阻R的阻值随空气湿度H的变化关系如图乙所示。下列分析正确的是（ ） A．空气湿度越大，湿敏电阻R的阻值越大 B．空气湿度越大，电压表示数越大 C．当空气湿度为40%时，电压表的示数为3.6 V D．当电路中电流为0.15 A时，空气湿度为40% 【答案】B 【详解】AB．由乙图可知，空气湿度H越大，湿敏电阻R的阻值越小，由甲图可知，湿敏电阻R与定值电阻R0串联，总电阻等于各电阻之和，总电阻越小，由可知，串联电路的电流越大，由甲图可知，电压表测定值电阻两端的电压，由可知，电压表示数越大，故A错误，B正确； C．由乙图可知，当空气湿度为40%时，湿敏电阻R=30Ω，总电阻 串联电路的电流 电压表的示数 故C错误； D．当电路中电流为0.15 A时，总电阻 湿敏电阻 由乙图可知，空气湿度为50%，故D错误。 故选B。 3．某种用于检测大件货物质量的装置，其简化电路如图甲所示。电源电压为12V，电路中允许通过的最大电流为30mA。定值电阻有100和200两种规格，R为力敏电阻，其阻值与压力F的关系如图乙所示。R上方有一质量不计的绝缘平板，检测时将货物置于其上。下列说法错误的是（ ） A．当货物质量增大时，电路中的电流增大 B．当为100时，最大能检测1000kg的货物 C．当为200时，最大能检测900kg的货物 D．若电路允许通过的最大电流变为24mA，装置选用两种规格的均能检测700kg的货物 【答案】B 【详解】A．当货物质量增大时，R所受压力增大，由图乙可知R阻值变小，电源电压不变，由欧姆定律可知，电路中的电流增大，故A正确，不符合题意； B．因为电源电压为12V，电路中允许通过的最大电流为30mA，故电路中最小总电阻 当R0为时，R的最小值为 由图乙可知最大能检测的货物重力为8000N，则最大能检测货物的质量 故B错误，符合题意； C．当R0为时，R的最小值为 由图乙可知最大能检测的货物重力为9000N，则最大能检测货物的质量 故C正确，不符合题意； D．当电路允许通过的最大电流为24mA，电路中最小总电阻 由图乙可知，700kg的货物置于该装置时，R为，故此时两种规格的R0均能满足总电阻不小于的要求，故D正确，不符合题意。 故选B。 4．综合实践活动小组的同学们设计并制作了简易风速仪，其内部电路如图甲所示，电源电压为6V，电流表量程为0~0.6A，R0为10Ω的定值电阻，迎风板是轻质薄板，测量时风始终垂直吹在迎风板上，R1为压力传感器，R1的阻值随压力F大小变化的关系如图乙所示，风力与风速的关系如下表，下列判断正确的是（ ） 风速v/（m/s） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 风力F/N 0 1 4 9 16 25 36 49 64 A．R1的阻值随压力F的增大而增大 B．风速增大时，电压表和电流表示数的比值不变 C．风速为2m/s时，R1的阻值为24Ω D．电流表示数为0.15A时可标注风速为0m/s 【答案】D 【详解】A．根据图乙可知，R１的阻值随压力F的增大而减小，故A错误； B．由甲图可知，闭合开关S，R1与R0串联，电压表测的是R1两端的电压，电流表测的R1的电流，则，即电压表和电流表示数的比值就等于R1的阻值，风速增大时，压力增大，R1的阻值变小，故电压表和电流表示数的比值变小，故B错误； C．风速为2m/s时，根据表格可知，压力F=4N，由图乙可知，R1的阻值为22Ω，故C错误； D．电流表示数为0.15A时，电路总电阻 由图乙可知，时，压力F=0N，结合表格可知风速为0m/s，故D正确。 故选D。 5．大多数水果最适宜的储存温度为0~4℃，小明设计了如图甲所示的电路图，监测温度变化，确保水果保鲜。电源电压恒为6V，R0是滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度t的变化关系如图乙所示，报警仪由量程为0~3V的电压表改装而成。闭合开关，将滑片调至某一位置固定，当温度达到4℃时，报警仪指针指在表盘中央，开始报警。下列说法中正确的是（ ） A．温度升高时，电路中的电流变小 B．当报警仪电压U=2V时，环境温度不符合要求 C．当电路中电流I＜0.04A时，环境温度符合要求 D．若要降低报警温度，应将滑片向右移动 【答案】C 【详解】由图可知，Rt与R0串联，电压表（报警仪）测量Rt两端的电压； A．由图乙可知，温度升高时，Rt变小，电路总电阻变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，故A错误； B．由图可知，当温度达到4℃时，Rt的阻值为30Ω，报警仪指针指在表盘中央，示数为1.5V，电路电流为 滑动变阻器两端的电压为 滑动变阻器连入电路的阻值为 当报警仪电压时，滑动变阻器两端的电压为 电路电流为 Rt的阻值为 由图乙可知，此时环境温度低于4℃，环境温度符合要求，故B错误； C．由B项分析可知，当电路中电流等于0.05A时，环境温度为4℃。当电路中电流小于0.05A时，由欧姆定律可知，电路中的总电阻会增大，滑动变阻器R0的阻值不变，由串联电路的总电阻与各电阻的关系可知，此时热敏电阻Rt的阻值将变大。由图乙可知，此时的环境温度应低于4℃，环境温度符合要求，故C正确； D．因报警时电压表的示数不变，若要降低报警温度时，因热敏电阻Rt的阻值变大，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器连入电路的阻值变大，则滑片应向左移动，故D错误。 故选C。 6．小晨认识并使用了如图所示的台秤，发现指针偏转角度随所测物体质量增大而增大。根据台秤示数变化规律，小晨想选用电流表或电压表的示数来反映所测物体质量大小，并且还希望电表指针偏转角度与所测物体质量成正比，设计的电路最合理的是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．由图可知，电流表与可变电阻R、定值电阻串联，当物体质量增大时，滑片向下移动，R阻值变小，电路总电阻变小，电源电压不变，由欧姆定律可知，电流表示数变大，即，由表达式可看出，I与R不成正比，故A不符合题意； B．由图可知，定值电阻和可变电阻R串联，电压表测R上半部分电压，电路电阻始终为两电阻阻值之和，即电路中电流大小不变，当重物质量增大时，滑片向下移动，电压表测量的部分电阻增大，由（其中是定值，）可知， UR上与R上成正比，故B符合题意； C．由图可知，定值电阻和可变电阻R串联，电压表测R两端电压，当物体质量增大时，滑片向下移动，电阻R阻值减小，电路总电阻减小，由欧姆定律有可知，电流变大，R电压减小，即电压表示数减小，故C不符合题意； D．由图可知，定值电阻和可变电阻R串联，电流表被短路，示数一直为0，故D不符合题意。 故选 B。 7．在图甲所示的电路中，电源电压可调，电阻R1的阻值为20，滑动变阻器R上标有“40 2A”字样。 (1)将电源电压调为6V，电阻R1的电流为 A。 (2)调整电源电压，同时用另一个定值电阻R0替换R1，然后将一个表盘如图乙所示的电流表正确接入电路。闭合开关S，在电路安全的条件下移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数在0.8A~2.5A之间变化。则此时的电源电压为 V，替换电阻R0的阻值为 。 【答案】(1)0.3 (2) 12 24 【详解】（1）分析图甲可知电阻R1，R2并联，根据并联电路电压特点可知，R1两端电压U1=6V，则通过 R1 的电流 （2）更换电阻为R0后，与滑动变阻器 R2并联，根据并联电路电压特点可知，U1=U0=U，通过R0的电流 根据滑动变阻器规格可知，通过滑动变阻器的最大电流为2A，此时滑动变阻器阻值最小，干路电流最大① 当滑动变阻器阻值最大时，干路电流最小② 联立①②可得，电源电压U=12V，R0=24Ω。 8．如图所示，电源电压不变，R1=2Ω，R2=3Ω，R3=4Ω只闭合开关S，电流表A1、A2示数之比为 ，电压表V1、V2示数之比为 ，再闭合开关S1、S2，电流表A1、A2示数之比为 ，电压表V1、V2示数之比为 【答案】 1:1 1:3 3:5 1:1 【解析】【小题1】[1][2]如图，只闭合开关S，电路为和串联，电流表A1、A2串联在电路中，电压表V1、V2分别测量和电源电压。在串联电路中，电流处处相等，电源电压等于各用电器两端电压之和，总电阻等于各电阻之和，电压与电阻成正比，所以电流表A1、A2示数之比为1：1，电压表V1、V2示数之比 [3][4]再闭合S1、S2，电阻被短路，和并联，电流表A1与串联，A2在干路上，并联电路中，各支路两端电压等于电源电压，干路电流等于各支路电流之和，电流与电阻成反比，则 故电流表A1、A2示数之比为 电压表V1、V2示数之比为。 9．如图甲所示电路，电源电压不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片从b端移到某一位置处（非a端）的过程中，电压表示数与电流表示数的变化关系如图乙所示，则滑动变阻器的最大电阻为 Ω，电源电压为 V，电阻器的电阻为 Ω。 【答案】 20 6 10 【详解】[1]由图甲可知，定值电阻和滑动变阻器串联，电压表测量滑动变阻器两端电压，电流表测量串联电路电流，根据串联分压知识可知，当滑动变阻器滑片在阻值最大端时，滑动变阻器分压最大，由图乙可知，滑动变阻器最大分压为4V，此时电路中的电流为0.2A，则滑动变阻器的最大阻值为 [2][3]根据串联电路的电压规律可知，滑动变阻器处于b端时，电源电压可表示为① 当滑动变阻器移到某一处位置时，滑动变阻器两端电压为3V，电路中的电流为0.3A，此时电源电压可表示为② 联立①②解得，故电源电压为6V，电阻器的电阻为10Ω。 10．小高运用所学电学知识，设计了一个电子身高测量仪，如图所示，其中定值电阻R1=5Ω，电源电压恒为4.5V，R2的规格为“15Ω 0.5A”，电压表量程为0~3V，电流表量程为0~0.6A。当被测身高增加时，身高计的示数增大，身高计是由 表改装而成的，为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是 。 【答案】 电压 4Ω~10Ω 【详解】[1]由电路图可知，R1和R2串联接入电路，电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流，被测身高增加时，滑片P向上移动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路中的总电阻变大，根据可知，电路中的电流变小，即电流表的示数变小，根据可知，定值电阻两端的电压变小，因为串联电路中总电压等于各分电压之和，所以滑动变阻器两端的电压变大，即电压表的示数变大；所以，被测身高增加时，身高计的示数增大，身高计是由电压表改装而成的。 [2]电路中的最大电流由R2的规格为“15Ω 0.5A”，电流表量程0−0.6A决定，所以最大电流I大=0.5A。 电路中的总电阻 因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以滑动变阻器接入电路中的最小阻值 当电压表的示数U2大=3V时，R1两端的电压 此时电路中的电流 滑动变阻器接入电路中的最大阻值 所以，变阻器R2接入电路的阻值范围是4Ω~10Ω。 11．如图所示的黑匣子，外壳有A、B、C、D四个接线柱。已知其中有三个阻值均为10Ω的定值电阻和若干导线。经测量RAB=0Ω，RBC=5Ω，RAD=10Ω，RCD=15Ω，画出黑匣子的电路图。 【答案】 【详解】由题意知，RAB=0Ω，说明A、B两接线柱间连接的是导线；RBC=5Ω，说明B、C接线柱间，两个电阻并联；RAD=10Ω，说明A、D两个接线柱间接的是一个电阻；RCD=15Ω，说明两个电阻并联后再串联一个电阻，接在C、D两个接线柱间。作图如下： 12．一种防倾斜报警电路原理图如图所示，通过电铃、灯泡提示被检测装置的倾斜情况（电铃和灯泡的工作电流相同）。图中S为重力开关，金属棒a可绕悬挂点O自由转动。报警电路固定在某一物体上。当物体处于竖直方向时，a在导线A、B中间；当物体向左偏离竖直方向时，灯泡L1亮，电铃响；当物体向右偏离竖直方向时，灯泡L2亮，电铃响。请用笔画线表示导线将电路连接完整。 【答案】 【详解】当物体处于竖直方向时，a在导线A、B中间；当物体向左偏离竖直方向时，灯泡亮，电铃响，开关接A，灯泡与电铃接入电路；当物体向右偏离竖直方向时，灯泡亮，电铃响，开关接B，灯泡与电铃接入电路； 由题意可知，灯泡与灯泡互不影响，能独立工作，它们是并联的，电路图如图所示： 13．如图所示，虚线框代表一个不透明的盒子，在盒内的a、b、c三个接线柱间安装有红灯、绿灯和电流表各一只，这两只灯和电流表显露在盒子的面板上。当只闭合开关时，绿灯发光，电流表的示数为0；当只闭合开关时，红灯发光，电流表示数为4A。请你在虚线框内画出这两只灯和电流表的连接电路图，并用、分别表示红灯、绿灯。 【答案】 【详解】只闭合开关时，绿灯发光，当只闭合开关时，红灯发光，说明红灯、绿灯独立工作，互不影响，为并联；当只闭合开关时，绿灯发光，电流表的示数为0，说明开关S2与绿灯串联，电流表不在该支路上；当只闭合开关时，红灯发光，电流表示数为4A，说明开关S1与红灯串联，电流表在该支路上，故如图所示： 14．作图题： (1)请根据如图所示的实物图，画出相应的电路图； (2)在如图所示是未完成连接的实物电路图，请在图中用笔画线代替导线按要求完成电路连接。要求：两灯并联，开关控制整个电路，电流表只测通过L2的电流，导线不能交叉。 (3)小明用两个单刀双掷开关、一个LED灯和若干导线，设计一个楼梯灯电路，无论是楼上或楼下都可以任意开灯、灭灯，既可以在楼下开灯到楼上灭灯，又可以在楼上开灯到楼下灭灯，请你根据小明设计的意图，用笔画线代替导线完成电路图。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由图可知，灯泡和并联，电流表测量通过的电流，电流表测量干路电流，先画出其中一条支路，在并联上另一条支路，如图所示： （2）由题意知，两灯并联，开关在干路上控制整个电路；电流表只测通过的电流，则电流表与灯在支路上串联。如图所示： （3）由题意知，无论楼上还是楼下都可以任意开灯、灭灯，既可以在楼下开灯到楼上灭灯，又可以在楼上开灯到楼下灭灯，这说明楼上开关和楼下开关是串联的，所以应将两个单刀双掷开关用导线连接，即楼上、楼下两个上触点所在的开关用导线连接，楼上、楼下两个下触点所在的开关用导线连接；楼下开关与电源左端相连；开关控制灯泡时，开关和灯泡是串联的，所以需将楼上开关与LED灯串联，再将LED灯的另一端与电源右端连接。如图所示： 【链接中考】 1．（2024·江苏宿迁·中考真题）在“探究并联电路电流特点”的活动中，部分电路如图所示，，，电流表有“”和“”两个量程，测量了电阻的电流为。为完成实验探究，做法正确的是（ ） A．使用“”量程，只测量的电流 B．使用“”量程，只测量的电流 C．使用“”量程，分别测量支路和干路的电流 D．使用“”量程，分别测量支路和干路的电流 【答案】D 【详解】R1、R2并联，电压相等，由欧姆定律得，R1、R2电压为 R2电流为 干路电流为 则使用“”量程，分别测量支路和干路的电流，故ABC错误，D正确。 故选D。 2．（2024·江苏扬州·中考真题）如图所示，电源电压恒为6V，敏感元件T的电阻随电流的增大而减小。电压表示数为2V时，电流表示数为0.2A，当电压表示数为2.4V时，电流表示数可能是（ ） A．小于0.18A B．等于0.18A C．大于0.18A，小于0.2A D．大于0.2A，小于0.24A 【答案】A 【详解】由电路图可知，敏感元件T与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中电流。电压表示数为2V时，电流表示数为0.2A，由欧姆定律可知 当电压表示数为2.4V时，由串联电路电压特点可知，敏感元件T两端的电压 若敏感元件T的电阻不随电流的变化而变化，则 由于当电压表示数为2.4V时，电路中电流减小了，因此T的阻值增大，由可知，此时的电流小于0.18A。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3.（2023·江苏泰州·中考真题）如图甲所示电路，开关S1、S2闭合后两电流表的指针均指在同一位置，示数如图乙所示，则通过R1的电流为 A，两电阻之比R1∶R2= ；只断开开关S2，电流表A1的示数将 （变大／变小／不变）。 【答案】 1.44 1∶4 变小 【详解】[1]由图可知，开关S1、S2闭合后，两电阻并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测R2所在支路电流；两电流表的指针均指在同一位置，示数如图乙，根据并联电路电流规律可知，电流表A1选用分度值为0.1A的大量程，示数为1.8A，电流表A2选用分度值为0.02A的小量程，示数为0.36A，即通过R2的电流为0.36A。根据并联电路电流规律可得通过R1的电流为 [2]根据欧姆定律已经并联电路支路两端电压相等的规律可知 则 [3]只断开开关S2，此时电路由原来的两电阻并联变为只有R1的简单电路，流表A1只测通过R1的电流，总电阻变大，电压不变，根据欧姆定律可知，通过R1的电流变小，即电流表A1的示数变小。 4．（2024·江苏苏州·中考真题）在图中完成探究电流与电压关系的电路连接，使滑动变阻器接入电路的阻值最大。 【答案】 【详解】探究电流与电压关系的电路中，电源与定值电阻、电流表、开关以及滑动变阻器是串联关系，为使滑动变阻器接入电路的阻值最大，滑片在最右端，下接线柱应接在左端，故用导线连接滑动变阻器的左下接线柱与电源的负极；电压表测量定值电阻两端的电压，应并联在定值电阻的两端，因为电源有两节干电池，电源电压为3V，故电压表接0~3V的量程，即用导线连接电压表的“3”接线柱与定值电阻的右接线柱，如下图所示： 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 跨学科实践 设计简单电路 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 设计并制作病床呼叫系统模型 1 题型2 设计交通信号灯系统模型 5 【能力培优练】 8 【链接中考】 14 【重难题型讲解】 题型1 设计并制作病床呼叫系统模型 1．基础电路设计 电路结构：每个床位的开关和对应的指示灯作为一个独立的串联支路，然后所有支路并联连接在电源的两端。 优点：电路简单，互不干扰。哪个灯亮，就明确对应哪个床位。 缺点：缺乏全局警报。如果护士不在视线范围内，就无法及时发现呼叫。 电路图： 2．电路优化方案（声光报警） 设计目标：实现灯光定位 + 声音全局警报。 核心思想：将电铃（或蜂鸣器）放置在所有支路的公共干路上。这样，任何一条支路的开关闭合，不仅会让该支路的灯泡亮起，同时也会让主路上的电铃形成闭合回路而发声。护士听到铃声后，查看哪个指示灯亮，然后前往相应床位。处理完毕后，需要病人主动松开开关，电路才会完全断开，灯光和铃声同时停止。 电路图： 缺点：铃声必须由病人松开开关才能停止。这可能导致护士还在处理时，铃声持续作响造成噪音，或者病人提前松开开关导致护士无法确认是哪个床位。 进一步改进方案：将一个常闭的复位按钮（带自锁功能，按下断开，旋转或钥匙复位）与电铃串联在干路上，安装在护士站。护士听到后，按下复位按钮，电铃电路被切断，铃声停止，但对应床位的指示灯依然保持常亮。护士根据常亮的指示灯找到呼叫床位。处理完毕后，护士通知病人松开呼叫开关，指示灯熄灭，护士将复位按钮复位，系统恢复待机状态。 【典例1-1】在综合实践活动课上，以两张病床为例，设计病房呼叫电路，用铃声提醒值班室的护士，用指示灯指示床位，下列电路中符合要求而且最科学的是（ ） A． B． C． D． 【跟踪训练1】在综合实践活动中，某小组为医院设计病房呼叫电路，要求在病人需要护理时，闭合病房床头开关，就能及时通知值班室里的护士。图中最合理的设计方案是（ ） A． B． C． D． 【跟踪训练2】实验小组为医院病房设计呼叫电路，在病人需要护理时，闭合床头开关，就能及时通知值班室里的护士，下列设计方案最合理的是（ ） A． B． C． D． 【典例1-2】某科技小组为医院病房设计呼叫电路，在病人需要护理时，闭合床头开关S1或S2，护士值班室的护士就能及时看到对应的灯L1或L2亮，同时听到电铃响起。请用笔画线代替导线在图中连接符合设计要求的电路图。 【跟踪训练1】在“设计病房呼叫模拟电路”实践活动中，老师提出的设计要求是：假定有两张病床，要求任意一床位的病人按下开关后，值班室中对应的电灯都会亮，并伴有铃声，以便护士及时知道哪个床位上的病人需要护理．请你在左侧空白处设计电路图（电子门铃用 符号表示），并在如图所示实物图中连线． ( ) 【跟踪训练2】物理兴趣小组进行了如下实验： a．第一小组在“连接串联电路”实验中，实验电路如图a所示； (1)在连接电路时，开关应该处于 状态。 (2)连接好电路后闭合开关S，发现L1、L2两只灯泡都不亮。用手按一下灯泡L1时，L1、L2仍然都不亮；按一下灯泡L2时，两灯都亮，松开手两灯又不亮。则故障可能是________。 A．L1灯丝断了 B．L2灯丝断了 C．L1短路 D．L2与灯座接触不良 (3)闭合开关时，观察到灯L1比L2亮些。有同学认为这是因为L1比L2更靠近电源的正极。在不增加其他器材的条件下，能判断这种观念是否正确的操作方法是 。 b．第二小组为医院护士值班室与病房之间设计的呼叫电路如图b所示，则电路中的三只灯泡是 联（选填“串”或“并”）的，这样连接的好处是 ；如果要求在值班室当病人呼叫时，不仅有灯光显示还需要声音呼叫，小明的设计应进行的改进是 。 题型2 设计交通信号灯系统模型 1． 基础电路设计与工作原理 核心思路：使用双刀双掷开关实现互锁,开关的两个动片分别控制车行和人行两个回路，并且通过开关的机械结构，确保两个回路永远处于相反的状态。 电器元件：电源：直流电源（如6V电池盒）、开关：双刀双掷开关 × 1、指示灯：红色LED与电阻、绿色LED与电阻 × 2套 （分别用于车行和人行信号灯）、导线若干。 车行回路：将“车行绿灯”和“人行红灯”连接到双刀双掷开关的第一组触点上，当开关拨向“车行”档位时，此回路接通。 人行回路：将“车行红灯”和“人行绿灯”连接到双刀双掷开关的第二组触点上，当开关拨向“人行”档位时，此回路接通。 两个回路的另一端并联起来，连接到电源。 电路图： 【典例2-1】交通安全对于我们每个人的日常生活至关重要。在繁忙的街道上，交通信号灯有条不紊地指挥着车辆和行人的通行，大大减少了交通事故的发生几率。下列电路中，符合直行方向交通信号灯（只考虑红灯和绿灯）模拟设计的是（ ） A． B． C． D． 【跟踪训练1】在放学回家的路上有便于盲人行走的盲道设计，但过马路时红绿灯并没有声音的提示，疯狂物理小组利用所学知识设计了一个带有铃声的交通信号灯。要求各用电器之间互不影响，绿灯亮时电铃1响，红灯亮时电铃2响，下图电路设计中符合上述要求的是（ ） A． B． C． D． 【跟踪训练2】某城市要设计带有铃声的交通信号灯电路，要求红、绿灯交替工作，且各用电器互不影响，绿灯亮时电铃1响，红灯亮时电铃2响，下列模型电路中符合上述要求的是（ ） A． B． C． D． 【典例2-2】请根据题目要求设计完成电路： (1)电动车方便快捷深受人们喜爱。当把钥匙插入插孔，相当于闭合开关S，接通电源电动机才能工作，闭合S1灯才会亮，闭合S2铃才会响。如果不插入钥匙，无论如何车灯不亮，铃也不响。请用笔画线代替导线，并标明各开关名称； (2)如图是简易手动交通信号灯模拟电路的一部分，请补画一根导线，使开关S接1时，只有L1、L2亮，开关接2时，只有L3、L4亮； (3)如图，某次知识竞赛必答题环节，题目涉及科技、文学、历史、民俗等多方面，每一类题是一块独立的答题板，双方各有一次答题机会。其中科技类题答题板如图（1）。开始时，双方的灯都亮着，若甲队回答正确，闭合开关S甲，为乙队灭灯；若乙队回答正确，闭合开关S乙，为甲队灭灯。显示“科技类”的电子屏幕一直亮着。最后比较双方剩余（亮着）的灯数决定胜负。请在虚线框中将电路图补充完整。 【跟踪训练1】请根据图a所示的手动交通信号灯模拟电路图，在图b中连接电路。 【跟踪训练2】图是简易手动交通信号灯模拟电路的一部分，请补画一根导线，使开关S接1时，只有L1、L2亮，开关接2时，只有灯L3、L4亮． 【能力培优练】 1．球场外路灯由逻辑芯片实现自动光控。逻辑芯片（左图）可获取被采集电路中的电流或电压信息，比较相关信息后芯片向路灯电路发出控制指令；被采集电路（右图）由光敏元件（符号，有光照射时，相当于导线；无光照射时，相当于断路）和指示灯等部件组成。关于“自动光控”以下说法正确的是（ ） A．采集点电流，若增大，则接通路灯电路 B．采集点电流，若增大，则接通路灯电路 C．采集点电流，若增大，则切断路灯电路 D．采集点间的电压，若增大，则切断路灯电路 2．小伟给学校劳动实践基地的蔬菜大棚设计了一个测量空气湿度的电路图，如图甲所示。电源电压恒为6 V，定值电阻R0的阻值为20 Ω，湿敏电阻R的阻值随空气湿度H的变化关系如图乙所示。下列分析正确的是（ ） A．空气湿度越大，湿敏电阻R的阻值越大 B．空气湿度越大，电压表示数越大 C．当空气湿度为40%时，电压表的示数为3.6 V D．当电路中电流为0.15 A时，空气湿度为40% 3．某种用于检测大件货物质量的装置，其简化电路如图甲所示。电源电压为12V，电路中允许通过的最大电流为30mA。定值电阻有100和200两种规格，R为力敏电阻，其阻值与压力F的关系如图乙所示。R上方有一质量不计的绝缘平板，检测时将货物置于其上。下列说法错误的是（ ） A．当货物质量增大时，电路中的电流增大 B．当为100时，最大能检测1000kg的货物 C．当为200时，最大能检测900kg的货物 D．若电路允许通过的最大电流变为24mA，装置选用两种规格的均能检测700kg的货物 4．综合实践活动小组的同学们设计并制作了简易风速仪，其内部电路如图甲所示，电源电压为6V，电流表量程为0~0.6A，R0为10Ω的定值电阻，迎风板是轻质薄板，测量时风始终垂直吹在迎风板上，R1为压力传感器，R1的阻值随压力F大小变化的关系如图乙所示，风力与风速的关系如下表，下列判断正确的是（ ） 风速v/（m/s） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 风力F/N 0 1 4 9 16 25 36 49 64 A．R1的阻值随压力F的增大而增大 B．风速增大时，电压表和电流表示数的比值不变 C．风速为2m/s时，R1的阻值为24Ω D．电流表示数为0.15A时可标注风速为0m/s 5．大多数水果最适宜的储存温度为0~4℃，小明设计了如图甲所示的电路图，监测温度变化，确保水果保鲜。电源电压恒为6V，R0是滑动变阻器，热敏电阻Rt的阻值随温度t的变化关系如图乙所示，报警仪由量程为0~3V的电压表改装而成。闭合开关，将滑片调至某一位置固定，当温度达到4℃时，报警仪指针指在表盘中央，开始报警。下列说法中正确的是（ ） A．温度升高时，电路中的电流变小 B．当报警仪电压U=2V时，环境温度不符合要求 C．当电路中电流I＜0.04A时，环境温度符合要求 D．若要降低报警温度，应将滑片向右移动 6．小晨认识并使用了如图所示的台秤，发现指针偏转角度随所测物体质量增大而增大。根据台秤示数变化规律，小晨想选用电流表或电压表的示数来反映所测物体质量大小，并且还希望电表指针偏转角度与所测物体质量成正比，设计的电路最合理的是（ ） A． B． C． D． 7．在图甲所示的电路中，电源电压可调，电阻R1的阻值为20，滑动变阻器R上标有“40 2A”字样。 (1)将电源电压调为6V，电阻R1的电流为 A。 (2)调整电源电压，同时用另一个定值电阻R0替换R1，然后将一个表盘如图乙所示的电流表正确接入电路。闭合开关S，在电路安全的条件下移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表示数在0.8A~2.5A之间变化。则此时的电源电压为 V，替换电阻R0的阻值为 。 8．如图所示，电源电压不变，R1=2Ω，R2=3Ω，R3=4Ω只闭合开关S，电流表A1、A2示数之比为 ，电压表V1、V2示数之比为 ，再闭合开关S1、S2，电流表A1、A2示数之比为 ，电压表V1、V2示数之比为 9．如图甲所示电路，电源电压不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片从b端移到某一位置处（非a端）的过程中，电压表示数与电流表示数的变化关系如图乙所示，则滑动变阻器的最大电阻为 Ω，电源电压为 V，电阻器的电阻为 Ω。 10．小高运用所学电学知识，设计了一个电子身高测量仪，如图所示，其中定值电阻R1=5Ω，电源电压恒为4.5V，R2的规格为“15Ω 0.5A”，电压表量程为0~3V，电流表量程为0~0.6A。当被测身高增加时，身高计的示数增大，身高计是由 表改装而成的，为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是 。 11．如图所示的黑匣子，外壳有A、B、C、D四个接线柱。已知其中有三个阻值均为10Ω的定值电阻和若干导线。经测量RAB=0Ω，RBC=5Ω，RAD=10Ω，RCD=15Ω，画出黑匣子的电路图。 12．一种防倾斜报警电路原理图如图所示，通过电铃、灯泡提示被检测装置的倾斜情况（电铃和灯泡的工作电流相同）。图中S为重力开关，金属棒a可绕悬挂点O自由转动。报警电路固定在某一物体上。当物体处于竖直方向时，a在导线A、B中间；当物体向左偏离竖直方向时，灯泡L1亮，电铃响；当物体向右偏离竖直方向时，灯泡L2亮，电铃响。请用笔画线表示导线将电路连接完整。 13．如图所示，虚线框代表一个不透明的盒子，在盒内的a、b、c三个接线柱间安装有红灯、绿灯和电流表各一只，这两只灯和电流表显露在盒子的面板上。当只闭合开关时，绿灯发光，电流表的示数为0；当只闭合开关时，红灯发光，电流表示数为4A。请你在虚线框内画出这两只灯和电流表的连接电路图，并用、分别表示红灯、绿灯。 14．作图题： (1)请根据如图所示的实物图，画出相应的电路图； (2)在如图所示是未完成连接的实物电路图，请在图中用笔画线代替导线按要求完成电路连接。要求：两灯并联，开关控制整个电路，电流表只测通过L2的电流，导线不能交叉。 (3)小明用两个单刀双掷开关、一个LED灯和若干导线，设计一个楼梯灯电路，无论是楼上或楼下都可以任意开灯、灭灯，既可以在楼下开灯到楼上灭灯，又可以在楼上开灯到楼下灭灯，请你根据小明设计的意图，用笔画线代替导线完成电路图。 【链接中考】 1．（2024·江苏宿迁·中考真题）在“探究并联电路电流特点”的活动中，部分电路如图所示，，，电流表有“”和“”两个量程，测量了电阻的电流为。为完成实验探究，做法正确的是（ ） A．使用“”量程，只测量的电流 B．使用“”量程，只测量的电流 C．使用“”量程，分别测量支路和干路的电流 D．使用“”量程，分别测量支路和干路的电流 2．（2024·江苏扬州·中考真题）如图所示，电源电压恒为6V，敏感元件T的电阻随电流的增大而减小。电压表示数为2V时，电流表示数为0.2A，当电压表示数为2.4V时，电流表示数可能是（ ） A．小于0.18A B．等于0.18A C．大于0.18A，小于0.2A D．大于0.2A，小于0.24A 3.（2023·江苏泰州·中考真题）如图甲所示电路，开关S1、S2闭合后两电流表的指针均指在同一位置，示数如图乙所示，则通过R1的电流为 A，两电阻之比R1∶R2= ；只断开开关S2，电流表A1的示数将 （变大／变小／不变）。 4．（2024·江苏苏州·中考真题）在图中完成探究电流与电压关系的电路连接，使滑动变阻器接入电路的阻值最大。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $