第六单元 科学擂台-交通信号灯模型大比拼（期末专项训练）四年级科学上学期（冀人版）

第六单元 科学擂台-交通信号灯模型大比拼（期末专项训练） 参考答案（含解析） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C C B D B C B B C 题号 11 12 答案 D A 1．B​ 【详解】交通信号灯模型需实现红、黄、绿灯独立亮灭，核心是设计三条独立电路支路，每条支路对应一种颜色的灯，通过单独开关控制；共用一条电路或一个开关无法实现独立控制，一个电池盒可给多条支路供电但不影响独立控制，故选 B。​ 2.C​ 【详解】制作信号灯模型需红黄绿 LED 灯（发光部件）、硬纸板（制作灯体底座）、导线和开关（电路连接部件）；显微镜用于观察微小物体，与信号灯模型制作无关，故选 C。​ 3.C​ 【详解】每条支路需包含电源、开关、LED 灯和导线，缺一不可；模型使用干电池（低压直流电源），不可用家用 220V 交流电（危险）；开关串联在对应支路中，才能通过通断控制灯的亮灭；不同颜色的灯需单独开关控制，共用开关无法独立亮灭，故选 C。​ 4.B​ 【详解】实现 “定时切换红黄绿” 需通过单片机编程，将时间控制程序（如绿灯 25 秒、黄灯 3 秒、红灯 25 秒）输入单片机，控制电路自动通断；增加 LED 灯、更换电池盒、加固灯体均与定时控制功能无关，故选 B。​ 5.D​ 【详解】固定部件步骤需固定开关（剪洞安装）、制作立柱（吸管）、连接 LED 灯与导线（确保接触牢固）；电池盒需固定在灯体内部或底座上，直接放地面易移动，影响模型稳定性，不属于固定部件的合理操作，故选 D。​ 6.B​ 【详解】按下红灯开关绿灯亮，说明红灯支路与绿灯支路导线接错（如红灯开关连接到绿灯电路）或导线接反（导致电路通路方向错误）；LED 灯颜色买错会出现 “按红灯开关亮绿灯”，但概率低于导线接错；电池没电会导致所有灯不亮；开关损坏会导致对应灯不亮，不会串到其他灯，故选 B。​ 7.C​ 【详解】合理分工应发挥成员优势，如专人采购器材、共同连接电路（确保安全与协作）、专人设计外观；一人单独完成所有步骤效率低，且电路连接等操作需协作确保安全，不符合分工协作的要求，故选 C。​ 8.B​ 【详解】红外检测器件可感应车辆（如玩具车）的存在，当某方向车流大时，传递信号给单片机，自动延长该方向绿灯时长；让灯色鲜艳需更换 LED 灯，让灯体牢固需加固材料，减少电池消耗需优化电路，均与红外检测器件功能无关，故选 B。​ 9.B​ 【详解】避免短路需注意：不同支路导线不可随意接触（易形成短路）、连接导线前断开电池（防止通电时误碰短路）、每条灯需独立导线（避免共用导致短路）、必须安装开关（控制电路通断，避免直接连接电源短路）；选项 A、C、D 均易导致短路，故选 B。​ 10.C​ 【详解】展示阶段需测试功能（开关控制效果）、提出改进建议（如优化外观、增加自动控制）、参考他人作品优化自身模型；不符合要求的模型应分析问题并改进，直接丢弃违背科学探究中 “改进优化” 的理念，故选 C。​ 11.D​ 【详解】“闯红灯警告” 需蜂鸣器（发声提醒）、红外传感器（检测闯红灯物体）、新电池盒（提供足够电量）；显微镜用于观察微小物体，与警告功能无关，故选 D。​ 12.A​ 【详解】制作流程应遵循 “设计→准备→组装→测试” 的逻辑：先绘制设计图（明确电路与外观），再准备器材（按设计采购材料），接着组装电路和灯体（按设计图施工），最后测试模型功能（检查是否达标）；其他排序均不符合 “先规划再实施” 的科学流程，故选 A。 13．形状；颜色​ 【详解】外观设计需贴近真实信号灯，确定灯组形状（如圆形、方形，常见为圆形）和颜色布局（红、黄、绿垂直或水平排列，确保清晰识别），符合实际交通场景中信号灯的视觉特征。14. 时间；时长​ 【详解】编写自动控制程序前，需绘制时间流程图（明确红、黄、绿灯的切换顺序），标注每种灯的亮灭时长（如绿灯 25 秒、黄灯 3 秒、红灯 25 秒），确保程序逻辑与真实信号灯一致，实现精准定时控制。​ 15.金属丝​ 【详解】LED 灯的金属丝是导电部件，需插入纸板反面，与对应颜色的导线（如红线接红灯金属丝、黄线接黄灯金属丝）牢固连接（可缠绕或用胶带固定），避免接触不良导致灯不亮。 16.玩具车；延长​ 【详解】智能模型测试时，用玩具车模拟真实车流，通过红外检测器件感应玩具车数量，若车流大，程序自动延长绿灯时间，优先放行，验证 “车流感应” 功能是否有效。​ 17.制作灯体外壳；制作底座​ 【详解】硬纸板通过裁剪、折叠可制作灯体外壳（保护内部电路）和底座（支撑模型，确保稳定），替代其他复杂材料，降低制作难度，且环保易得。​ 18.电路通断原理​ 【详解】信号灯模型的核心是利用电路通断控制用电器（LED 灯）：闭合对应开关，电路通路，LED 灯发光；断开开关，电路断路，灯熄灭，体现 “电能转化为光能” 的能量转化，符合电路工作的基本原理。 19．×​ 【详解】红、黄、绿灯共用一条电路时，开关通断会导致所有灯同时亮灭，无法实现独立控制，必须设计三条独立支路，每条支路对应一种颜色的灯和单独开关，题干错误。​ 20. √​ 【详解】制作信号灯模型需使用安全电源，如 3 节 5 号干电池（总电压 4.5V），家用 220V 交流电电压高，易导致电路烧毁和触电危险，题干正确。​ 21. ×​ 【详解】信号灯模型的智能改进可通过 “红外检测器件 + 单片机编程” 实现车流感应，当某方向车流大时，自动延长绿灯时长，并非只能定时切换，题干错误。​ 22. √​ 【详解】开关串联在支路中，才能通过自身通断控制整个支路的电流：闭合开关，支路通路，灯亮；断开开关，支路断路，灯灭；若开关并联，会导致短路，无法控制灯的亮灭，题干正确。​ 23. √​ 【详解】所有灯不亮的常见原因：电池盒未接好（电路断路）、电池没电（无电能供应）、导线接触不良（电路未通路）；排查时可先检查电池和电池盒连接，题干正确。​ 24. ×​ 【详解】制作信号灯模型需分工协作：如采购器材、设计外观、连接电路（需两人配合，一人扶灯体，一人接导线）、测试功能，协作能提高效率、确保安全，一人单独完成易出现操作失误和安全隐患，题干错误。 25． 【详解】设计阶段需规划电路与外观，绘制设计图；制作阶段需实际操作，固定部件并连接电路；智能改进需添加硬件（红外器件、单片机）实现自动控制；测试阶段需验证功能（开关控制、车流感应）；安全注意需规避电路风险（短路）和工具风险（划伤），确保各环节任务与器材匹配。 26．答：每条独立电路支路的基本组成部分及作用如下：​ 电源（电池盒）：提供电能，为 LED 灯发光提供动力（如 3 节 5 号干电池，总电压 4.5V，安全且满足需求）；​ 开关：串联在支路中，控制电路的通断，按下开关电路通路，灯亮；松开开关电路断路，灯灭，实现独立控制；​ LED 灯（红 / 黄 / 绿）：用电器，将电能转化为光能，发出对应颜色的光，模拟交通信号灯；​ 导线：连接电源、开关和 LED 灯，形成完整电路，传递电流，确保电路通路。​ 【详解】从电路基本组成出发，结合信号灯模型的实际需求，说明各部分的功能，体现 “电路通断控制用电器” 的核心原理。​ 27. 答：​完整制作流程按顺序为：​ 设计阶段：绘制线路连接图（明确红、黄、绿三条支路的导线走向、开关位置）和外观设计图（确定灯体形状、尺寸、颜色布局）；​ 准备器材：根据设计图采购红黄绿 LED 灯、硬纸板、导线、开关、电池盒，准备小刀、剪刀等工具，进行器材分类整理；​ 组装阶段：在硬纸板上剪洞固定开关和吸管（立柱），将 LED 灯金属丝与对应导线连接，穿入吸管整理导线，固定电池盒，完成电路与灯体组装；​ 测试阶段：安装电池，单独按下各开关，检查红、黄、绿灯是否独立亮灭，记录故障（如灯不亮、串灯）并改进，参考其他小组作品优化模型。​ 【详解】按 “设计→准备→组装→测试” 的逻辑，分步骤说明关键操作，体现科学制作的有序性和严谨性。​ 28. 答：​需独立控制的原因：真实交通场景中，红、黄、绿信号灯需按特定顺序切换（如绿灯放行、黄灯警示、红灯禁止），独立控制能确保某一方向灯亮时，其他方向灯灭，避免车流冲突（如东西向绿灯时，南北向红灯，防止闯红灯）；若无法独立控制，会出现多灯同时亮，导致交通混乱。​ 与真实场景的关联：模型的独立控制设计还原了真实信号灯的工作逻辑，如十字路口的信号灯，通过独立控制不同方向的红、黄、绿，实现车流有序通行，保障交通安全与顺畅。​ 【详解】结合真实交通信号灯的功能需求，解释独立控制的必要性，建立模型设计与实际应用的联系，体现 “模拟真实场景” 的科学探究目标。​ 29. 答：​实现过程：当某方向有车流（如玩具车）时，红外检测器件感应到车辆，将信号传递给单片机；单片机根据预设程序（车流大时延长绿灯），控制该方向绿灯电路延长通路时间，同时缩短其他方向绿灯时间，实现 “车流多优先通行”。​ 所需硬件：红外检测器件（感应车流）、单片机（接收信号并执行程序）、导线（连接器件与电路）、电源（为硬件供电）；​ 所需程序：车流感应程序（设定 “检测到车流→延长绿灯” 的逻辑）、时间控制程序（基础的红绿灯切换时长，如默认绿灯 25 秒，车流大时延长至 40 秒）。​ 【详解】分 “实现过程”“硬件”“程序” 三部分，清晰说明智能改进的技术原理，体现 “硬件 + 软件” 结合的控制逻辑。​ 30. 答：​常见原因及解决方法如下：​ 原因 1：导线接触不良​ 表现：按下开关，灯不亮或闪烁；​ 解决：检查 LED 灯金属丝与导线的连接（如是否缠绕牢固、有无松动），用胶带固定连接处，确保电路通路。​ 原因 2：电池没电或电池盒连接错误​ 表现：所有灯都不亮，或按下开关无反应；​ 解决：更换新电池（确保正负极方向正确），检查电池盒内导线是否脱落（重新连接牢固），闭合电池盒开关，测试电路是否通电。​ 【详解】针对 “灯不亮” 这一常见故障，从 “电路连接” 和 “电源” 两个核心角度分析原因，提出具体可操作的解决方法，体现 “发现问题→分析原因→解决问题” 的科学思维。 31．（1）排除电池没电的干扰​ （2）红灯亮，黄、绿灯不亮；黄灯亮，红、绿灯不亮；绿灯亮，红、黄灯不亮​ （3）红灯支路与绿灯支路导线接错（或短路）；断开电池，重新检查并纠正两条支路的导线连接，确保红灯开关只连接红灯电路，绿灯开关只连接绿灯电路​ （4）测试开关断开时，对应灯是否立即熄灭（或测试同时按下两个开关，是否只有对应灯亮，无串灯现象）​ 【详解】​ （1）安装新电池可确保电源正常，避免因电池没电导致灯不亮，从而准确判断故障是否来自电路连接，排除无关变量干扰。​ （2）正常情况下，独立电路支路应实现 “按对应开关，对应灯亮，其他灯灭”，符合独立控制的设计目标，体现电路连接正确的现象。​ （3）红、绿灯同时亮说明两条支路导线接错（如红灯开关连接到绿灯电路），需断开电源（防止短路），重新梳理导线，确保每条开关只控制对应灯的电路，纠正连接错误。​ （4）增加测试内容可进一步验证电路的稳定性，如开关断开时灯是否熄灭（检查开关功能是否正常）、同时按两个开关是否串灯（验证支路独立性），完善实验的严谨性。 ( 答案 第 1 页 共 7 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六单元 科学擂台-交通信号灯模型大比拼（期末专项训练） 四年级科学上学期（冀人版2017） 第一部分：知识回归 1、任务：基于 “红灯停，绿灯行” 的交通规则，设计并制作能模拟真实交通信号灯工作的模型。 2、交通信号灯模型需设计三个独立的电路支路，分别控制红、黄、绿三种颜色的 LED 灯。每个支路包含 “电源（电池盒）→开关→LED 灯→导线” 的基本结构，通过不同的开关操作，实现单独控制某一种颜色灯的亮灭，模拟真实信号灯的切换逻辑。 3、线路连接设计：用画图或文字的方式记录小组的电路连接方式，明确红、黄、绿三条支路的导线走向、开关位置和电池盒的连接点。 外观设计：绘制信号灯模型的外观图，确定信号灯的形状（如圆形灯组、立柱结构）、尺寸和颜色布局，确保外观贴近真实交通信号灯。 4、制作阶段： 器材准备： 需要准备的器材 解决方式 示例分工 LED 灯泡（红、黄、绿） 电子市场购买 小明负责 硬纸板（制作灯体和底座） 搜集废旧包装箱 小红负责 导线、开关、电池盒 电子市场购买 小刚负责 小刀、尺子、剪刀等工具 小组自备 全员共用 5、改进意向：基于真实交通场景的需求，提出智能控制的改进计划，例如： 用自动控制开关代替手动开关，模拟信号灯的定时切换； 根据车流调整信号灯时长（如某方向车流量大时，绿灯时间延长）； 对闯红灯的行人或车辆给予警告（如增加声光提示装置）。 6、实现自动控制的方法： 硬件组装：准备单片机、红外检测器件、导线等工具，组装支架和信号灯结构，将电子元件按设计连接成电路。 程序编写： 设计时间控制程序：绘制信号灯亮与灭的时间流程图（如南北绿灯亮 25 秒→南北黄灯亮 3 秒→南北红灯亮 25 秒→东西绿灯亮 25 秒……），并将程序输入单片机，实现信号灯的自动定时切换。 设计车流感应程序：在路口后方放置红外检测器件，当检测到某方向车流量大时，自动延长该方向的绿灯时间，优先让车辆通行。 7、、实践要点 制作过程中需注意电路安全：连接导线时避免短路（如不同支路的导线不要直接接触），操作工具（小刀、剪刀）时注意安全。 分工协作要明确：发挥每个成员的优势，确保设计、采购、制作、测试环节有序推进。 改进环节要结合实际需求：从 “手动控制→自动控制→智能控制” 的递进思路，体现科学技术对交通管理的优化作用。 第二部分：提升训练 一、选择题 1．交通信号灯模型中，控制红、黄、绿灯独立亮灭的关键是（ ） A. 共用一条电路 B. 设计三条独立电路支路 C. 只用一个开关 D. 只用一个电池盒 2. 制作交通信号灯模型时，下列器材中不需要的是（ ） A. 红黄绿 LED 灯 B. 硬纸板 C. 显微镜 D. 导线和开关 3. 下列关于信号灯模型电路设计的描述，正确的是（ ） A. 每条支路只需连接 LED 灯和导线 B. 电源必须使用家用 220V 交流电 C. 开关需串联在对应支路中，控制灯的亮灭 D. 不同颜色的灯必须共用一个开关 4. 信号灯模型智能改进中，实现 “定时切换红黄绿” 功能的核心是（ ） A. 增加更多 LED 灯 B. 编写时间控制程序并输入单片机 C. 更换更大的电池盒 D. 用硬纸板加固灯体 5. 制作信号灯模型的 “固定部件” 步骤中，不需要做的是（ ） A. 在硬纸板上剪出洞固定开关 B. 用吸管制作信号灯立柱 C. 将 LED 灯金属丝与导线连接 D. 直接将电池盒放在地面上 6. 测试信号灯模型时，若按下红灯开关，绿灯却亮了，最可能的原因是（ ） A. LED 灯颜色买错了 B. 对应支路的导线接反或接错 C. 电池没电了 D. 开关损坏了 7. 下列关于信号灯模型分工协作的描述，不合理的是（ ） A. 专人负责器材采购 B. 全员共同完成电路连接 C. 一人单独完成所有步骤 D. 专人负责外观设计 8. 利用红外检测器件改进信号灯模型的主要目的是（ ） A. 让灯的颜色更鲜艳 B. 检测车流，自动调整绿灯时长 C. 让灯体更牢固 D. 减少电池消耗 9. 制作信号灯模型时，避免电路短路的正确做法是（ ） A. 不同支路的导线可以随意接触 B. 连接导线前先断开电池 C. 所有灯共用一条导线 D. 不安装开关直接连接电路 10. 下列关于信号灯模型 “展示阶段” 的任务，错误的是（ ） A. 测试开关控制效果 B. 提出外观或功能改进建议 C. 直接丢弃不符合要求的模型 D. 参考其他小组作品优化自己的模型 11. 实现信号灯 “闯红灯警告” 功能，不需要添加的器材是（ ） A. 蜂鸣器（发声） B. 红外传感器（检测闯红灯） C. 新的电池盒 D. 显微镜 12. 下列关于信号灯模型制作流程的排序，正确的是（ ） ①绘制设计图 ②测试模型功能 ③准备器材 ④组装电路和灯体 A. ①→③→④→② B. ③→①→④→② C. ①→④→③→② D. ③→④→①→② 二、填空题 13．交通信号灯模型的外观设计需参考真实信号灯，确定灯组的______（如圆形、方形）、尺寸和______布局，确保贴近实际应用场景。 14. 编写信号灯自动控制程序时，需先绘制______流程图，明确红、黄、绿灯亮灭的______（如绿灯亮 25 秒、黄灯亮 3 秒），再将程序输入硬件。 15. 制作信号灯模型的 “连接导线” 步骤中，需将 LED 灯的______插入纸板反面，与对应颜色的导线牢固连接，避免接触不良导致灯不亮。 16. 智能信号灯模型测试时，用______代替真实车流，检测红外器件是否能准确感应车辆，以及程序是否能根据车流______绿灯时间。 17. 制作信号灯模型时，硬纸板的作用是______和______，可通过裁剪、折叠制作出灯体外壳和稳定的底座。 18. 交通信号灯模型的核心科学原理是______，通过独立电路的通断控制用电器（LED 灯）的工作状态，体现 “电→光” 的能量转化。 三、判断题 19．交通信号灯模型中，红、黄、绿灯可以共用一条电路，只要用不同颜色的灯即可。（ ） 20. 制作信号灯模型时，使用的电源通常是干电池（如 3 节 5 号电池），而非家用高压电。（ ） 21. 信号灯模型的智能改进只能实现定时切换，无法根据车流调整灯的时长。（ ） 22. 连接信号灯电路时，开关需串联在支路中，才能有效控制对应灯的亮灭。（ ） 23. 测试信号灯模型时，若所有灯都不亮，可能是电池盒未接好或电池没电。（ ） 24. 制作信号灯模型的分工协作不重要，一人单独完成效率更高。（ ） 四、连线题 25．连线。 制作环节 任务  设计阶段 红外检测器件、单片机  制作阶段 绘制线路连接图、外观设计图 智能改进 固定开关、连接 LED 灯与导线 测试阶段 操作开关检查灯的亮灭、用玩具车模拟车流 安全注意 避免电路短路、使用工具时防止划伤 五、简答题 26．制作交通信号灯模型需设计三条独立电路支路，每条支路的基本组成部分有哪些？请写出并说明各部分的作用。 27．简述交通信号灯模型从 “设计” 到 “测试” 的完整制作流程，按顺序写出 4 个关键步骤。 28．为什么交通信号灯模型需要实现红、黄、绿灯的 “独立控制”？这一设计与真实交通场景有什么关联？ 29．信号灯模型的智能改进中，“车流感应调整绿灯时长” 是如何实现的？需要哪些硬件和程序支持？ 30．制作信号灯模型时，常见的电路故障有 “灯不亮”，请分析可能的 2 个原因，并提出对应的解决方法。 六、实验题 31．探究 “交通信号灯模型电路连接是否正确” 实验： ① 准备已制作好的信号灯模型（含红黄绿 LED 灯、三个开关、电池盒、导线）、新的干电池； ② 安装新电池到电池盒，确保电池正负极连接正确； ③ 分别单独按下红、黄、绿三个开关，观察对应颜色的灯是否亮灭； ④ 记录每次操作的现象（如 “按红灯开关，红灯亮”“按黄灯开关，绿灯亮”）； ⑤ 分析现象，判断电路连接是否正确，若有错误提出修改方法。 （1）实验中，“安装新电池” 的目的是______，排除电池没电导致灯不亮的干扰因素。（2）预测正常实验现象：按下红灯开关时，；按下黄灯开关时，；按下绿灯开关时，，说明电路连接正确。 （3）若实验中出现 “按下红灯开关，红、绿灯同时亮”，可能的原因是，修改方法是______。（4）若想进一步优化实验，可增加的测试内容是______（答出 1 点即可，如测试开关断开时灯是否熄灭）。 答案第2页，共7页 第1页，共7页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $