11.2 电路的连接 结构化知识清单-2025-2026学年九年级物理全一册(北师大版)全一册

北师大版九年级物理全一册(2025秋版) 第11章第2节《电路的连接》 一、引入：电路连接的核心问题与初始任务 1. 用电器连接差异：生活中多个用电器在电路中存在不同连接方式（图11.2-1），如家庭中的电灯、电视机，实验室中的多只小灯泡。 2. 核心探究疑问：不同连接方式下，开关控制小灯泡的情况有何不同？电路中电流的路径是否存在差异？ 3. 初始实践任务： · 操作：按图11.2-1组装两种不同连接方式的电路，观察并记录开关通断时小灯泡的亮灭情况； · 分析：绘制两种电路对应的电路图，对比两种电路的结构特征，总结连接规律。 二、电路的两种基本连接方式 （一）串联电路（图11.2-2） 1. 连接定义：将用电器依次连接起来，电流只有一条路径的电路，称为串联电路。 2. 电路核心特征： · 电流路径：整个电路只有一条通路，电流从电源正极出发，依次经过所有用电器后回到电源负极； · 通断影响：电路中任意一处（如导线、用电器、开关）断开，整个电路变为断路，所有用电器均停止工作； · 开关作用：无论开关安装在电路的哪个位置，都能控制整个电路的通断，开关通断对所有用电器的影响一致。 3. 用电器工作同步性：若电路中接入两只小灯泡，闭合开关时两灯同时发光，断开开关时两灯同时熄灭，亮灭状态完全同步。 （2） 并联电路（图11.2-3） 1. 连接定义：将用电器并列连接在电路中的两点之间，电流有多条路径的电路，称为并联电路。 2. 关键概念（课文提示）： · 干路：并联电路中，连接电源正、负极且为所有支路共用的部分电路； · 支路：并联电路中，从干路两点引出、经过单个用电器的独立部分电路（至少包含两条支路）。 3. 电路核心特征： · 电流路径：电流从电源正极出发，在干路某点分成多条支路，分别经过各支路用电器后，在干路另一点汇合，最终回到电源负极，即存在多条通路； · 通断影响：任意一条支路断开（如该支路用电器损坏、支路开关断开），其他支路仍为通路，对应用电器正常工作，不受影响； · 开关作用： · 干路开关：安装在干路中，控制整个并联电路的通断，闭合时所有支路用电器工作，断开时所有支路用电器停止； · 支路开关：安装在对应支路中，仅控制该支路的通断，不影响其他支路用电器。 4. 用电器工作独立性：若电路中接入两只小灯泡（分属两条支路，各支路配独立开关），可通过操作不同支路开关，实现单独控制某一只灯泡的亮灭，两灯工作状态互不干扰。 5. 生活实例：教室中的照明灯、家庭电路中的电视机/电冰箱/电灯、街道两侧的路灯，均采用并联方式连接。 三、交流讨论：家庭电路用电器的连接方式 1. 讨论主题：分析家庭电路中照明灯、电视机、电冰箱、洗衣机等用电器的连接方式，说明判断依据。 2. 实践观察与依据： · 独立工作性：打开客厅电灯时，不影响卧室电灯、电视机的工作；关闭电冰箱时，洗衣机仍可正常运行； · 故障影响：某一用电器（如台灯）损坏时，其他用电器（如空调）不受影响，仍能正常使用。 3. 结论：家庭电路中所有用电器均采用并联方式连接，以保证各用电器可独立控制、互不干扰。 四、实践活动：设计并组装楼道双控电灯电路（图11.2-4） 1. 功能需求（生活场景）： · 上楼场景：在楼下用开关S1打开楼道电灯，上楼后在楼上用开关S2关闭电灯； · 下楼场景：在楼上用开关S2打开楼道电灯，下楼后在楼下用开关S1关闭电灯。 2. 所需元件：单刀双掷开关（2个，分别标记为S1、S2、小灯泡L、电池（电源）、若干导线。 3. 实践步骤： · 第一步：设计电路（核心环节） · 思路：利用单刀双掷开关的“双向接线”特性，使S1、S2通过导线交叉连接，形成“两条控制通路”，确保任意一个开关都能改变电路通断状态； · 输出：绘制满足功能需求的规范电路图，标注各元件符号及连接关系。 · 第二步：组装实物电路 · 安全要求：连接电路前，所有开关均处于断开状态；导线连接时，需确保接线柱接触牢固，避免虚接； · 操作：按设计的电路图，依次连接电源、开关S1、开关S2、小灯泡，形成完整电路。 · 第三步：检验电路功能 · 测试：分别操作S1、S2，观察小灯泡是否能正常“开/关”，验证是否满足楼道双控需求； · 调试：若功能异常（如灯泡不亮、开关失控），检查导线连接是否正确、开关接线是否牢固，直至电路功能符合要求。 五、自我检测 1. 任务1：实物电路连线（图11.2-5） · 要求：根据给定的电路图（串联/并联电路），用笔画线代替导线，将实物元件（电源、开关、小灯泡）连接成完整电路； · 注意事项：导线不能交叉，接线柱连接要对应电路图中的元件符号，开关初始状态为断开。 2. 任务2：实物电路转电路图（图11.2-6） · 要求：根据给定的实物电路（含2个小灯泡、2个开关、电源），在虚线框中绘制规范的电路图； · 绘制标准：使用统一规定的元件符号，导线横平竖直，尽量避免交叉，标注元件符号（如开关S1、S2，灯泡(L1、L2）。 3. 任务3：设计并联电路（图11.2-7） · 需求：设计一个并联电路，要求小灯泡L1与L2)并联，开关控制整个电路的通断； · 输出：①绘制电路图；②用笔画线连接对应的实物元件。 4. 任务4：医院传呼电铃电路分析与设计（图11.2-8） · 功能需求：医院病房中，各病床患者可通过床头开关单独呼叫值班室，按下某病床开关时，值班室电铃响且对应病床的指示灯亮； · 电路分区：左侧虚线框（值班室，含电源、电铃），右侧虚线框（病房，含3个病床的开关与指示灯）； · 设计关键：每个病床的“开关+指示灯”需串联形成一条支路，所有支路再与值班室的电铃并联（电铃在干路），确保单个支路通断不影响其他支路，且干路电铃能响应所有支路呼叫。 六、拓展阅读：集成电路及其应用 （一）集成电路的定义（图11.2-9） 1. 概念：通过特殊工艺，将一定数量的电子元件（如晶体管、电阻、电容）及元件间的连接线，集成在一小块半导体晶片（如硅片）上，实现特定电路功能的集合体，称为集成电路（Integrated Circuit，简称IC）。 2. 核心优势：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、性能好，可实现复杂电路功能的微型化。 （二）集成电路的发展历程 1. 早期计算机与电路局限：1946年世界第一台通用计算机（ENIAC），占地150平方米、重30吨，包含1.7万个电子管、7.2千个电阻、50万条导线，运算速度仅5000次/秒加法，其庞大体积和低效率源于“分立元件电路”的局限。 2. 集成电路的技术突破（20世纪60年代）： · 里程碑：第一块集成电路的诞生，使电路从“分立元件”向“集成化”转变； · 摩尔定律（行业规律）：每隔18~20个月，集成电路上可集成的元器件数量大约增加一倍，电路性能也随之提升一倍； · 现状：当前指甲盖大小的集成电路芯片，可集成数十亿甚至上百亿个晶体管，支撑复杂电子设备的运行。 （三）我国集成电路领域的成就 1. 自主技术突破：2014年我国推出首款具有全自主知识产权的服务器级CPU；2021年发布自主研发的“龙芯”指令系统架构，打破国外技术垄断。 2. 超级计算机应用：“神威·太湖之光”超级计算机（图11.2-10），采用我国自主研发的集成电路芯片，浮点运算峰值速度达1.25×1017次/秒，性能位居世界前列，可用于气象预报、航空航天、生物医药等领域的复杂计算。 3. 产业定位：集成电路是支撑我国经济社会高质量发展、保障国家安全的战略性、基础性、先导性产业，是信息技术产业的核心。 （四）集成电路的应用场景与实践要求 1. 生活与生产应用： · 智能设备：智能手机、平板电脑、智能手表、智能家居（如智能门锁、温控系统）； · 行业领域：智能交通（自动驾驶汽车、交通监控设备）、工业智能机器（机器人、自动化生产线）、农业（无人机播种、智能灌溉控制器）、无人商超（自助结账设备）、移动支付（POS机、扫码设备）。 2. 实践探究要求： · 观察分析：观察身边的智能电器（如手机、智能台灯），记录其通过集成电路实现的核心功能（如信号处理、功能控制）； · 资料查阅：查阅某一电器的说明书，了解其内部简单集成电路的电学构造（如芯片型号、主要功能）； · 交流分享：将观察结果与查阅资料整理后，与同学交流，探讨集成电路技术发展对生活、生产的影响。 集成电路技术实践探究与影响分析 一、身边智能电器观察与集成电路核心功能记录 智能电器 观察到的核心功能 集成电路实现的关键作用 智能手机（以华为 Mate 60 为例） 1. 通话、视频聊天（信号接收与传输）；2. 拍照成像（图像捕捉与处理）；3. APP 运行（指令执行与数据运算）；4. 屏幕触控响应（操作信号识别与反馈）；5. 电池电量管理（充电控制、功耗调节） 1. 基带芯片：处理通信信号，实现 5G/4G 网络连接、通话信号解码；2. 处理器（SoC 芯片）：统筹运算，支撑 APP 运行、图像渲染；3. 触控芯片：识别屏幕触控位置与力度，转化为操作指令；4. 电源管理芯片（PMIC）：控制充电电流 / 电压，分配各部件供电，降低功耗 智能台灯（以小米米家智能台灯 1S 为例） 1. 亮度调节（多档位明暗切换）；2. 色温调节（冷光 / 暖光切换）；3. 触控开关（触摸启停）；4. 手机 APP 远程控制（远程开关、定时设置）；5. 光线感应（部分型号可自动适配环境光） 1. 微控制芯片（MCU）：接收触控信号或 APP 指令，控制灯珠供电；2. 调光芯片：调节通过 LED 灯珠的电流，实现亮度连续可调；3. 色温控制芯片：切换不同色温灯珠的工作比例，实现冷暖光切换；4. 无线通信芯片（蓝牙 / Wi-Fi 模块）：接收手机 APP 传输的远程控制信号 二、某电器集成电路电学构造查阅（以小米米家智能台灯 1S 为例，基于产品说明书及公开资料） 1. 核心芯片型号与功能 芯片类型 具体型号（公开适配型号） 主要电学构造特点 核心功能 微控制芯片（MCU） STM32F103C8T6 32 位 ARM Cortex-M3 内核，内置 64KB 闪存、20KB RAM，工作电压 3.3V 作为台灯 “大脑”，接收触控 / APP 指令，输出控制信号给调光、色温芯片，存储用户设置的亮度 / 色温参数 调光 / 色温控制芯片 PT4115 异步降压恒流驱动芯片，输入电压 8-30V，输出电流 0-1.2A 接收 MCU 指令，通过调节输出电流大小控制 LED 灯珠亮度；配合色温切换电路，控制冷、暖光 LED 灯珠的通断比例 无线通信芯片 BL602 支持蓝牙 5.0/BLE，内置 32 位 RISC-V 内核，低功耗设计 建立与手机 APP 的无线连接，传输远程控制指令（如开关、定时、亮度调节），反馈台灯工作状态 触控检测芯片 TTP223 单键触控检测，低功耗，工作电压 2.4-5.5V 检测触摸面板的人体感应信号，转化为电信号传输给 MCU，实现触摸启停功能 2. 简单电学构造逻辑 1. 供电链路：电源适配器（将 220V 交流电转为 12V 直流电）→ 电源管理电路（滤波、稳压）→ 各芯片与 LED 灯珠； 1. 控制链路：触控面板 / 手机 APP → 对应芯片（触控芯片 / 无线通信芯片）→ MCU 芯片 → 调光 / 色温控制芯片 → LED 灯珠； 1. 核心逻辑：以 MCU 为核心，接收外部信号（触控、APP 指令），通过芯片内部电路运算处理后，输出控制信号，驱动执行部件（LED 灯珠）实现对应功能。 三、集成电路技术发展对生活、生产的影响探讨 1. 对日常生活的影响 1.1. 提升生活便捷性：集成电路的微型化与低功耗设计，让智能电器更小巧便携（如手机从 “大哥大” 缩小为掌心设备），且功能集成度极高（一部手机兼具通信、娱乐、办公、支付等多种功能）；远程控制、自动化调节功能（如智能台灯 APP 控制、空调自动控温）减少手动操作，适配快节奏生活。 1.2. 优化生活体验：图像处理芯片的升级让手机拍照画质媲美专业相机，音频处理芯片让耳机音质更清晰；低功耗芯片延长智能设备续航（如手机待机时长从 1 天提升至 3 天以上），减少充电频率；触控、语音识别等芯片让操作更直观（如智能台灯触摸启停、手机语音助手），降低使用门槛。 1.3. 丰富生活场景：集成电路推动智能家电普及（如智能冰箱、扫地机器人），构建智能家居生态；可穿戴设备（如智能手表）中的传感芯片、运算芯片，实现健康监测（心率、睡眠监测）等功能，拓展生活服务维度。 2. 对生产领域的影响 提高生产效率：工业设备中的专用集成电路（如 PLC 可编程逻辑芯片）可实现自动化生产控制（如流水线精准操作、机器人焊接），替代人工重复劳动，降低误差率；运算芯片的高速运算能力支撑工业大数据分析，优化生产流程（如预测设备故障、调整生产参数）。 推动产业升级：集成电路是新能源汽车、智能制造、物联网等新兴产业的核心支撑 —— 新能源汽车的电池管理芯片、自动驾驶芯片，实现续航优化与安全驾驶；工业物联网设备中的通信芯片、传感芯片，构建 “万物互联” 的生产网络，推动传统制造业向 “智能工厂” 转型。 降低生产成本：集成电路的规模化生产让芯片价格逐步降低，且集成度提升减少了设备内部元件数量（如早期电器需多个分离元件实现的功能，现可集成于单颗芯片），简化生产组装流程，降低设备制造成本；低功耗芯片减少工业设备能耗，长期降低生产运营成本。 3. 技术发展趋势与潜在思考 发展趋势：集成电路正朝着 “更小尺寸、更高集成度、更低功耗、更快运算速度” 发展，如 3nm 制程芯片已量产，量子芯片、光子芯片等新技术逐步探索，未来将进一步渗透医疗、航天、新能源等领域。 交流探讨点：集成电路技术发展是否会带来电子垃圾增多的问题？如何通过芯片回收、可降解材料应用缓解环境压力？核心芯片技术自主可控对产业安全的重要性是什么？ 1 学科网（北京）股份有限公司 $