第1节 自动控制系统第2节 设计与制作控制系统（高效培优讲义）科学新教材浙教版八年级下册

本讲义聚焦初中科学“自动控制系统”与“设计与制作控制系统”核心知识点，先阐释自动控制的定义及系统组成（信息收集、处理、执行），再讲解传感器、半导体等关键元件功能，最后通过设计制作活动（如电池传感器、调光台灯）实现知识应用，构建从概念到实践的学习支架。 该资料以重难题型讲解为基础，结合典例分析（如半导体制冷原理）和跟踪训练，培养科学思维中的模型建构与推理论证能力。项目化学习（如灯光自动控制系统设计）强化探究实践，提升技术与工程实践能力。课中辅助教师突破重难点，课后通过能力培优练和中考链接，助力学生查漏补缺，深化科学观念与社会责任。

第1节 自动控制系统 第2节 设计与制作控制系统 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 自动控制系统 1 题型2 设计与制作控制系统 3 【能力培优练】 8 【链接中考】 17 【重难题型讲解】 题型1 自动控制系统 一、什么是自动控制 机器可以根据人的要求自主完成某些操作，达到人所期望的要求或功能，这就是自动控制。自动控制是相对人工控制而言的，它能够根据人的需要、机器或装置自己获得的信息，及时作出合理的判断，从而自主地完成某些操作。 自动控制已经广泛应用于生活、生产，是航空航天、国防科技等领域的重要技术，也是当今国家竞争力的重要标志。 二、自动控制系统 控制是一个主体对一个对象发出有目的的操作行为，以达到主体的期望。从控制系统的角度分析，人的行为过程如图所示。 眼 观察到前方有积水区域 将观察到的积水信息传输到大脑→ 大脑 根据自己的经验和获得的环境信息作出判断：无法直接走过去，必须绕行 传输指令：必须绕行→ 躯体 执行指令：改变行走路线，从积水区的边缘绕过去 信息收集系统 信息处理系统 操作执行系统 因此，上述人的行为有三个部分功能组块参与:信息收集、信息处理与操作执行。三个部分之间是相互联系、相互制约的，一个组块的信息对另一个组块会产生影响和作用，这三个部分的组块就形成了自动控制系统。因此，系统是由几个相互联系、相互制约的部分组成的整体，每个部分也可以是由几个相互联系、相互制约的子系统组成的。系统的各部分组成一个共同的统一体，完成一个共同任务 如图所示的控制系统由三个子系统组成。一是信息收集系统。人体由感觉系统(眼、耳、鼻、舌、皮肤等器官)承担收集周围信息的任务。二是信息处理系统。大脑根据已有的知识和经验对收集的信息作出分析，从而作出判断，得出结论，并发出指令。三是操作执行系统。根据大脑发出的指令作出相应的行为动作，以完成指令要求。 三、自动控制元件 传感器(sensor)是把收集的各种信息(光、声、压力、气味、温度)转化成电信号的元件或装置。 【典例1】（多选）半导体制冷技术是用于电脑元件散热的前沿科技。如图所示是半导体制冷的原理图，图中标有“N”和“P”字样的材料分别叫做N型半导体和P型半导体。把N型半导体元件和P型半导体元件串联，接上直流电源后，半导体材料的两端会产生温度差，在电流方向是N→P的地方吸热，而在电流方向是P→N的地方放热。以下说法中不正确的是（　　） A．应该将A处的陶瓷片靠近电脑的发热体（CPU） B．应该将B处的陶瓷片靠近电脑的发热体（CPU） C．该散热元件中的电源也可以用交流电源 D．该装置消耗了电能转化为内能 跟踪训练1 阅读短文，判断下列说法正确的是（　　） （1）半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的材料称作半导体。温度、光照、杂质等外界因素对其导电性能有很大影响。利用半导体可以制作二极管、三极管。如果把它们和电阻器、电容器等元件直接做在基片上，就可以制成集成电路（俗称芯片）。电视机、计算机、手机以及其他数字电器中都有集成电路。 （2）超导现象 当温度降低到某个临界值时一些金属的电阻会突然消失，这种现象叫作超导现象。零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。2025年12月，我国科学家创造镍基超导体转变温度新纪录（96K，即﹣177.15℃）。超导技术已经得到实际应用，如用于核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等的超导磁体。 A．手机中没有半导体 B．半导体的电阻不受外界影响 C．超导技术已用于核聚变装置 D．超导体只有零电阻一种特性 题型2 设计与制作控制系统 一、自动控制的电路与元件 元件名称 元件功能 光敏电阻器 当光照增强时，电阻会减小。 电容器 可储存、释放电荷。 变压器 可升高或降低电压。 扬声器 将音频信号转换成声音。 二极管 只允许单向电流通过，可实现交直流转换 发光二极管 照明或作为电流通过的信号灯 集成电路片 信息的逻辑判断、运算等较复杂的处理。 在自动控制系统中，各种传感器的功能是收集控制对象的各种信息;控制电路板(又称主板、电脑、中央控制器)主要是处理信息并发出操作指令;执行系统主要是按中央控制器的指令完成操作，继电器、电机、各种轮轴与传动装置是执行操作的主要器件。 二、电池传感器的设计与制作 如何设计与安装监测电池的传感器呢? 器材：两节干电池，红绿发光二极管各一个，小灯泡，开关。导线和鳄鱼夹若干。 过程 1.测试发光二极管的性能 (1)把两节干电池固定在一起，组成一个3V的电池组。 (2)把两根导线连接在发光二极管的两端。 (3)把发光二极管两极导线分别连接在电池两极，观察发光二极管;断开连接，换接发光二极管与电池组的接线柱，再观察发光二极管。 (4)用小灯泡代替发光二极管，重复上述步骤(3)。 2.设计任务。 如果电池装反了，多数电器就不能正常工作。用发光二极管设计一个检测电池安装是否正确的仪器。 (1)画出电路设计图。 (2)按你设计的电路，将器材连接起来，测试一下能否使用 (3)写出你设计的仪器使用说明书。 3.电路制作与探究 图是一个带有电路状态指示的工作电路，两个发光二极管可指示电路的待机状态和工作状态。 (1)用提供的器材连接如图所示的电路。 (2)当开关断开时，记录看到的现象。 (3)闭合开关，记录实验现象。 【典例2】为保护视力，很多电子产品都增加了“屏幕提醒”功能。其原理如图乙所示，R0为定值电阻，R为距离传感器，眼睛与电子屏幕的距离越近，其阻值越小，当电表示数大于设定值时，会进行提示。下列分析正确的是（　　） A．图乙中的电表，是用电流表改装的 B．电路中的R和R0并联 C．眼睛距离屏幕越近，电路电流越大 D．眼睛距离屏幕越远，电表示数越大 跟踪训练1 科技研究小组在实验室模仿工程师做“钢梁承重后的下垂量h”的测试，他们用厚钢尺制成了一座跨度为L的桥梁（如图甲所示），并设计了一个方便读取“厚钢尺桥梁受压后下垂量”的测试仪，测试仪由压力传感器R与外部电路组成（如图乙所示）。已测得跨度为L时，在一定范围内，其压力F与下垂量h满足关系F＝kh，k＝1×103m/N。已知电源电压为12V不变，当电压表示数为5V时，电流表的示数为0.5A。传感器的电阻R与压力F的关系如图丙所示，忽略传感器与钢梁自重产生的影响。求： （1）R0的阻值； （2）当桥梁的下垂量h＝2cm时，电流表的示数是多少； （3）现将电表的刻度盘改为下垂量h的刻度盘，可直接显示厚钢尺桥梁受压后下垂量。请你选择其中一只电表，列出该电表示数与下垂量h的关系式，说明更换后的刻度盘左侧数值较大还是右侧数值较大。 跟踪训练2 半导体是一种重要的电子工业材料。 （1）以下电路元件属于半导体的是 ； A.铜导线； B.白炽灯； C.干电池； D.集成电路芯片。 （2）用半导体材料制成的发光二极管（LED灯）是各种电路的重要元件之一。LED灯较长的为正引脚（+），较短的为负引脚（﹣）。只有当LED灯两端的电压在其工作电压范围内，电流从正引脚流入、负引脚流出，且电源能提供足够功率时，LED灯才能正常发光。请用笔替代导线，将LED灯与小灯泡正确串联。 （3）白炽灯、节能灯和LED灯是生活中常见的三种照明设备。小明通过市场调查和查阅相关资料，获得以下一些信息： ①三种灯的工作原理不同。白炽灯通过电流加热灯丝使其发光；节能灯利用电流激发荧光管内的汞蒸气发光；LED灯采用半导体材料，电流通过半导体材料时直接产生光。 ②“光通量”是描述光源在单位时间内发出的可见光量的物理量，“光效率”是反映了光源将电能转换成光能的效率，光效率越高，意味着消耗相同的电能可以产生更多的光能； ③某品牌白炽灯、节能灯和LED灯的相关数据如表所示。 光源 电功率（瓦） 光通量（流明） 光效率（流明/瓦） 寿命（小时） 白炽灯 100 1000 10 1000 节能灯 20 1000 50 6000 LED灯 10 1000 100 15000 根据以上信息及所学知识回答下列问题： （a）分析比较表中光源的电功率、光通量和光效率的变化情况，可得出初步结论：当光通量相同时， ； （b）请在表的“光源”中选择一个作为日常照明设备，并从能源利用等方面说明你选择的理由。 跟踪训练3 灯光自动控制系统是一种可以自动感知环境的光照强度，自动调整开、关状态和灯光亮度的智能化系统，这种系统环保节能，逐渐走入我们的生活。某小组开展了“设计灯光自动控制”项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成下列内容： 光照强度E/cd 1 2 3 4 5 6 光敏电阻R/Ω 80 50 30 24 20 18 【项目分解】 （1）设计光自动控制灯的开、关状态 （2）设计光自动控制灯的亮度 【项目实施】 （3）设计光自动控制灯的开、关状态 小组同学利用光敏开关，设计了如图甲所示的电路图，根据照明需要，在 （选填“有光”或“无光”）时，光敏开关闭合，灯泡发光，反之灯泡熄灭。 （4）设计光自动控制灯的亮度经过大家讨论，为实现光自动控制灯的亮度，需要阻值随光照强度变化的光敏电阻，查阅资料后获得某光敏电阻的阻值与光照强度的关系如表格所示（其中E是表示光照强度的物理量，单位为cd），小兰设计了如图乙所示的电路图。小明分析表格数据，发现随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值 ，据此小明认为小兰的设计虽然能达到光控亮度的目的，但实际并不合理，不合理之处是 。 经过查阅资料大家发现实际生活中的光控灯电路结构复杂得多，还有很多我们没有学到的知识，进而激发了大家进一步学习的兴趣，对未来充满期待。 【项目拓展】地铁中均安装了烟雾报警器，一旦有烟雾产生，烟雾报警系统就会报警，地铁随即自动减速甚至停车。“烟雾报警器”的简化原理图如图丙所示，烟雾报警器有一个外部光无法进入的烟室，其中装有激光发射器和带有光敏电阻的电路，电路中电源电压为18V，R0为定值电阻，R为光敏电阻（阻值与光照强度的关系与上表相同）。 （5）开关闭合后，当烟雾进入烟室后，遮挡射向R的激光，当光照强度为5cd时，电压表示数为12V；当烟雾浓度达到一定程度，光照强度降低到2cd时，就会触发报警系统，此时电压表示数为 V，定值电阻R0为 Ω。 （6）烟雾报警器触发报警系统的电压保持一定，若减小定值电阻的R0阻值，烟雾报警器会在烟雾浓度更 （选填“大”或“小”）时报警。 【能力培优练】 1. 跨学科实践：制作简易调光台灯 【项目提出】 利用变阻器知识制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。 【项目分析】 制作简易调光台灯，需要重点考虑以下几个问题。 1：选择哪种光源？ 2：怎样改变光源的亮度？ 3：可以从哪些方面加强台灯的实用性？ 【项目实施】 1：设计台灯 （1）选择光源。实验室用的小灯泡可以作为光源。另外，市面上很容易买到各种型号的发光二极管，也可以作为光源。 （2）选择变阻器。制作简易调光台灯的关键是改变台灯的亮度，这可以通过改变灯泡两端的电压来实现。 （3）设计电路。设计调光台灯的电路，选择合适的电源、小灯泡和变阻器，电源电压和小灯泡的规格要匹配。 ①若选择电位器，要求顺时针旋转电位器的旋钮，小灯泡变亮，请用笔画线代替导线将如图乙所示的电路补充完整。（连线不能交叉） ②若选择滑动变阻器，要求向D端调节滑动变阻器的滑片，灯泡越来越暗。小明想进一步探究灯泡亮度变化时它两端的电压和通过它的电流怎么变化。在方框内设计出能完成探究的电路图，并用笔画线代替导线将图丙实物图正确连接。（连线不能交叉，两电表均接较小的测量范围） （4）设计支架和灯罩。画出你设想中台灯的草图，各个器件要安排紧凑，使台灯美观、结实，便于移动。 2：制作台灯 按照设计方案安装各个器件，连接电路。检查电路，闭合开关，看看怎么调节变阻器会使小灯泡越来越亮。 【展示交流】 小明想利用不同颜色的LED灯设计一个发光颜色可调的台灯，探究亮度是否均可调。下面电路符合要求的是 。LED灯发光部分是由 材料制成的。（选填“导体”“半导体”或“超导体”） 2. 半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值R1随压力变化情况如图甲所示。小科利用此传感器设计了如图乙所示的自动分拣苹果装置，并设置分拣标准为0.15千克。其原理是：调节R2的滑片P，使得0.15千克的苹果在托盘秤上时，电磁铁恰好能吸住分拣开关的衔铁，苹果便通过下方通道筛选出来，此时R2两端的电压为3V。已知电源电压为6V，内阻不计。 （1）电磁铁上端是 极（选填“N”或“S”）； （2）为使该装置达到上述分拣标准，R2的阻值应调为多少？（通过计算证明） （3）为了提高分拣标准，挑选出质量为0.2千克以上的苹果，可以进行的操作是 （写出一种即可）。 3. 如图甲所示，是一架无人机，无人机的飞行控制系统简称“飞控”。无人机无论是悬停还是飞行、向哪个方向飞行、上升还是下降等飞行指令都由飞控下达，飞控主要由感知飞行姿态的陀螺仪、北斗定位模块、超声波传感器、气压传感器等各种功能的传感器及控制电路组成。无人机可以搭载高分辨率摄像机、专业光学相机、红外相机等。 （1）北斗定位模块利用 传递信息，其在真空中的传播速度为 m/s。 （2）无人机上面装有的高清摄像机，摄像机的镜头相当于 （选填“凸透镜”或“凹透镜”）。 （3）超声波传感器可探测无人机在飞行时遇到的障碍物，无人机悬停时，向某一山峰发射超声波，10s后收到回波，无人机距离山峰的距离 m。（已知此时空气中超声波的速度为340m/s） （4）如图乙，是无人机竖直向上运动的v﹣t图像。由图像可知，在0～5s内，无人机受到的升力 （选填“大于”“小于”“等于”）重力。 （5）当地面上的人们看到无人机“向地面俯冲”降落时是以 为参照物（选填“无人机”或“地面”）。 4. 科技的自立自强是国家发展的战略支撑，中国芯片正在崛起。芯片是指含有集成电路的硅片，芯片主要是利用 材料制成的；石墨烯被称为“新材料之王”，这种材料在一定条件下电阻可以降为零，因此可用于制作超导体，常温下的超导体最适合制作 （选填“高压输电线”或“电饭锅发热体”）。 5. 阅读下列材料，回答问题： 新材料﹣﹣﹣石墨烯 石墨烯作为一种新材料，它和铜有着一样出色的导电性，2018年12月19日零时，顶尖学术期刊英国《自然杂志》发布了2018年度影响世界的十大科学人物排行榜，中国22岁的青年学者曹原名列榜首，曹原发现当两层平行石墨烯旋转成约1.1°的微妙角度时，石墨烯的电阻突然变为零，成为超导体。作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料，比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池，如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料，其应用前景十分广阔。 （1）石墨烯属于 （填“导体”或“绝缘体”），在常温下成为超导体的条件是 。 （2）应用于全新超级计算机的研发，是基于石墨烯晶体管比硅晶体管的 。 （3）请你分析：在实际应用中，超导现象更适合应用于哪个实例中 。 A．电暖器 B．电饭煲 C．高速计算机的集成电路芯片 6. 如图所示，2024年3月28日，小米汽车SU7发布会举行，充分展现了“中国智造”的科技风采。做为一款新能源智驾汽车，小米SU7不仅节能环保，而且还可以实现远程操控智能家居，以下说法正确的是（　　） A．汽车内的集成电路由超导体制作 B．汽车行驶的过程中电能全部转化为机械能 C．汽车利用超声波远程操控智能家居 D．汽车电动机的工作原理和扬声器相同 7. 美丽的丰水湖晚上，道路旁会亮起一排排的路灯。丰城中学某项目化学习小组设计的自动控制型路灯简化电路如图，其工作原理为：在白天光照较亮时，衔铁被电磁铁吸引，路灯L不发光；晚上光照较暗时，衔铁向上弹起，路灯L亮，实现自动控制。为实现路灯的自动控制，光敏电阻R光的阻值随光照强度增强应 （选填“增大”或“减小”）。遥遥同学提议为节约用电，路灯需在傍晚光照强度更弱时才亮起，这时应 （选填“增大”或“减小”）电阻R0。 8. 阅读短文，回答问题： 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象。只有入射光的频率高于一定值时，才能激发电子逸出物质表面。内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动，但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；光敏电阻可应用在各种自动控制装置和光检测设备中，如生产线上的自动送料、自动门装置、航标灯、路灯、应急自动照明、自动给水停水装置等方面。利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。 （1）太阳能电池是依据 （选填“内”或“外”）光电效应工作的。 （2）外光电效应会从物质中激发出带 （选填“正电”或“负电”）的粒子。 （3）如图是电磁波波谱图。如果蓝光照射到某金属表面能产生外光电效应，则下列光照射该金属也一定能产生外光电效应是 。 A．红光，红外线 B．红外线，紫外线 C．紫光，紫外线 D．黄光，紫光 （4）现在楼道内一般不再使用声控开关，而用红外感应开关替代。白天光控开关断开，夜晚光线暗时，光控开关闭合；当有人进入楼道内时，红外感应开关闭合，没人时红外感应开关断开。下列关于楼道内路灯电路设计合理的是 （光控开关用光表示，红外感应开关用红表示）。 A．B． C．D． （5）公共场所严禁吸烟，小明设计了一种简易烟雾报警控制器如图所示，电路中R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照的增强而减小，烟雾增大到一定程度使电压表V的指针偏转到某区域时触发报警系统。S闭合后，当有烟雾遮挡射向R的激光时，电压表V的示数将 （选填“增大”或“减小”）；为了使控制器在烟雾较淡时就触发报警器，可以 （填“增大”或“减小”）R0的阻值。 9. 阅读短文，回答问题。 半导体 按导电性能来分，除了有导体和绝缘体外，还有一类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类物质叫做半导体。半导体的导电性能会受到温度、光照和掺加杂质等多种因素的影响。 一些半导体在温度升高时，导电性能迅速改变。利用这种特性可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。例如家用空调可以根据你设置的温度自动启动或待机；电冰箱可以根据预设的温度进行自动控制。这些都是温控开关在起作用。有些半导体在没有光照时不容易导电，逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强。用它做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。 酒精测试仪（AlcoholTester）是测试酒精含量的仪器，是交警常用的执法装备。在违法行为处理或者公路交通例行检查中，通常是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。酒精测试仪内部的核心部件是酒精气体传感器，目前普遍使用的有半导体型和燃料电池型两种。半导体型呼气酒精测试仪采用半导体型氧化锡作为传感器，它具有气敏特性，当接触的敏感气体浓度增加时，它的电阻值就降低。 正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。 （1）热敏电阻属于 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）； （2）光敏电阻在增大光照强度的情形下，阻值 （选填“变大”或“变小”）； （3）某物理兴趣小组设计了一种简易酒精浓度检测仪，其电路原理图如图甲所示。R1是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度K变化的关系如图乙所示，R2为滑动变阻器，检测前通过调节滑动变阻器对检测仪进行“调零”，此时电流表的示数为0.1A，调零后滑动变阻器的位置不变，电源电压为12V并且保持不变，他们查阅到相关资料如表所示： ①对检测仪“调零”时，R2电路的电阻为 Ω； ②检测时，当电流表示数为0.15A时，司机属于 。 血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200 非酒驾（M＜20mg/100mL） 酒驾（20mg/100mL≤M≤80mg/100mL） 醉驾（M＞80mg/100mL） 10. 为监控车位使用情况，某停车场在每个车位上方都装有红、绿两盏灯。当车位被占用时红灯亮，车位未被占用时绿灯亮。该功能通过一个感应传感器自动控制开关S接“1”或“2”来实现。下列电路中符合要求的是（　　） A． B． C． D． 11. 请阅读《半导体》回答问题。 半导体 按导电性能来分，除了有导体和绝缘体外，还有一类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类物质叫作半导体。半导体的导电性能会受到温度、光照和掺加杂质等多种因素的影响。 一些半导体在温度升高时，导电性能迅速改变。利用这种特性可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。例如家用空调可以根据你设置的温度自动启动或待机；电冰箱可以根据预设的温度进行自动控制，这些都是温控开关在起作用。有些半导体在没有光照时不容易导电，逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强。用它做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。 酒精测试仪（Alcohol Tester）是测试酒精含量的仪器，是交警常用的执法装备。在违法行为处理或者公路交通例行检查中，通常是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。酒精测试仪内部的核心部件是酒精气体传感器，目前普遍使用的有半导体型和燃料电池型两种。半导体型呼气酒精测试仪采用半导体型氧化锡作为传感器，它具有气敏特性，当接触的敏感气体浓度增加时，它的电阻值就降低。正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。 根据以上材料，回答下列问题： （1）半导体材料的导电性能与 等多种因素有关（写出一种即可）。 （2）本文提到的光敏电阻在增大光照强度的情形下，阻值 （填“变大”或“变小”）。 （3）某物理兴趣小组设计了一种简易酒精浓度检测仪，其电路原理图如图甲所示。R1是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度K变化的关系如图乙所示，R2为滑动变阻器，检测前通过调节滑动变阻器对检测仪进行“调零”，此时电流表的示数为0.1A，调零后滑动变阻器的位置不变，电源电压为15V并且保持不变，他们查阅到相关资料，血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200，具体信息如下表所示。 血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200 非酒驾（M＜20mg/100mL） 酒驾 （20mg/100mL≤M≤80mg/100mL） 醉驾（M＞80mg/100mL） ①对检测仪“调零”时，R2接入电路的电阻为 Ω； ②检测时，当电流表示数为0.12A时，司机属于 。 【链接中考】 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 自动控制系统 第2节 设计与制作控制系统 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 自动控制系统 1 题型2 设计与制作控制系统 4 【能力培优练】 11 【链接中考】 25 【重难题型讲解】 题型1 自动控制系统 一、什么是自动控制 机器可以根据人的要求自主完成某些操作，达到人所期望的要求或功能，这就是自动控制。自动控制是相对人工控制而言的，它能够根据人的需要、机器或装置自己获得的信息，及时作出合理的判断，从而自主地完成某些操作。 自动控制已经广泛应用于生活、生产，是航空航天、国防科技等领域的重要技术，也是当今国家竞争力的重要标志。 二、自动控制系统 控制是一个主体对一个对象发出有目的的操作行为，以达到主体的期望。从控制系统的角度分析，人的行为过程如图所示。 眼 观察到前方有积水区域 将观察到的积水信息传输到大脑→ 大脑 根据自己的经验和获得的环境信息作出判断：无法直接走过去，必须绕行 传输指令：必须绕行→ 躯体 执行指令：改变行走路线，从积水区的边缘绕过去 信息收集系统 信息处理系统 操作执行系统 因此，上述人的行为有三个部分功能组块参与:信息收集、信息处理与操作执行。三个部分之间是相互联系、相互制约的，一个组块的信息对另一个组块会产生影响和作用，这三个部分的组块就形成了自动控制系统。因此，系统是由几个相互联系、相互制约的部分组成的整体，每个部分也可以是由几个相互联系、相互制约的子系统组成的。系统的各部分组成一个共同的统一体，完成一个共同任务 如图所示的控制系统由三个子系统组成。一是信息收集系统。人体由感觉系统(眼、耳、鼻、舌、皮肤等器官)承担收集周围信息的任务。二是信息处理系统。大脑根据已有的知识和经验对收集的信息作出分析，从而作出判断，得出结论，并发出指令。三是操作执行系统。根据大脑发出的指令作出相应的行为动作，以完成指令要求。 三、自动控制元件 传感器(sensor)是把收集的各种信息(光、声、压力、气味、温度)转化成电信号的元件或装置。 【典例1】（多选）半导体制冷技术是用于电脑元件散热的前沿科技。如图所示是半导体制冷的原理图，图中标有“N”和“P”字样的材料分别叫做N型半导体和P型半导体。把N型半导体元件和P型半导体元件串联，接上直流电源后，半导体材料的两端会产生温度差，在电流方向是N→P的地方吸热，而在电流方向是P→N的地方放热。以下说法中不正确的是（　　） A．应该将A处的陶瓷片靠近电脑的发热体（CPU） B．应该将B处的陶瓷片靠近电脑的发热体（CPU） C．该散热元件中的电源也可以用交流电源 D．该装置消耗了电能转化为内能 【解答】解：在A陶瓷片一侧，电流都是从N型半导体流向P型半导体（N→P）。根据题干“在电流方向是N→P的地方吸热”，因此A陶瓷片是冷端，用于吸热制冷。在B陶瓷片一侧，电流都是从P型半导体流向N型半导体（P→N）。根据题干“而在电流方向是P→N的地方放热”，因此B陶瓷片是热端，用于散热。 A．结合以上分析可知，A陶瓷片是冷端，它的作用是吸收热量。电脑的发热体（CPU）需要被降温，因此应该将冷端，即A处陶瓷片靠近CPU，吸收其产生的热量，故A正确； B．B陶瓷片是热端，它的作用是释放热量。如果将热端，即B处陶瓷片靠近CPU，不仅不能给CPU降温，反而会加热CPU，故B错误； C．该散热元件的工作原理依赖于方向恒定的直流电。如果使用交流电，电流方向周期性改变，会导致冷热端不断快速切换，无法实现持续的单向热量转移，整体上只会因电阻而发热，故C错误； D．该装置工作时需要消耗电能，根据能量守恒定律，消耗的电能和从冷端吸收的内能之和，最终都以热量的形式在热端释放出去。因此，从整个装置来看，消耗的电能最终转化为了内能，故D正确。 故选：BC。 跟踪训练1 阅读短文，判断下列说法正确的是（　　） （1）半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的材料称作半导体。温度、光照、杂质等外界因素对其导电性能有很大影响。利用半导体可以制作二极管、三极管。如果把它们和电阻器、电容器等元件直接做在基片上，就可以制成集成电路（俗称芯片）。电视机、计算机、手机以及其他数字电器中都有集成电路。 （2）超导现象 当温度降低到某个临界值时一些金属的电阻会突然消失，这种现象叫作超导现象。零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。2025年12月，我国科学家创造镍基超导体转变温度新纪录（96K，即﹣177.15℃）。超导技术已经得到实际应用，如用于核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等的超导磁体。 A．手机中没有半导体 B．半导体的电阻不受外界影响 C．超导技术已用于核聚变装置 D．超导体只有零电阻一种特性 【解答】解：A、手机里的芯片、传感器、处理器等核心部件都是用半导体材料（如硅）制成的，半导体是现代电子设备的基础，故A错误。 B、半导体的电阻很容易受外界因素影响，比如温度、光照、压力、杂质掺杂等，这也是半导体能被广泛应用于电子器件的原因，故B错误。 C、核聚变装置（如托卡马克装置）需要强大的磁场来约束高温等离子体，超导材料在低温下零电阻的特性，可以制造出超强磁场且几乎不产生热损耗，目前超导技术已经在核聚变实验装置中得到应用，故C正确。 D、超导体除了零电阻特性外，还有完全抗磁性（迈斯纳效应），即超导体内部的磁场为零，会排斥外部磁场，故D错误。 故选：C。 题型2 设计与制作控制系统 一、自动控制的电路与元件 元件名称 元件功能 光敏电阻器 当光照增强时，电阻会减小。 电容器 可储存、释放电荷。 变压器 可升高或降低电压。 扬声器 将音频信号转换成声音。 二极管 只允许单向电流通过，可实现交直流转换 发光二极管 照明或作为电流通过的信号灯 集成电路片 信息的逻辑判断、运算等较复杂的处理。 在自动控制系统中，各种传感器的功能是收集控制对象的各种信息;控制电路板(又称主板、电脑、中央控制器)主要是处理信息并发出操作指令;执行系统主要是按中央控制器的指令完成操作，继电器、电机、各种轮轴与传动装置是执行操作的主要器件。 二、电池传感器的设计与制作 如何设计与安装监测电池的传感器呢? 器材：两节干电池，红绿发光二极管各一个，小灯泡，开关。导线和鳄鱼夹若干。 过程 1.测试发光二极管的性能 (1)把两节干电池固定在一起，组成一个3V的电池组。 (2)把两根导线连接在发光二极管的两端。 (3)把发光二极管两极导线分别连接在电池两极，观察发光二极管;断开连接，换接发光二极管与电池组的接线柱，再观察发光二极管。 (4)用小灯泡代替发光二极管，重复上述步骤(3)。 2.设计任务。 如果电池装反了，多数电器就不能正常工作。用发光二极管设计一个检测电池安装是否正确的仪器。 (1)画出电路设计图。 (2)按你设计的电路，将器材连接起来，测试一下能否使用 (3)写出你设计的仪器使用说明书。 3.电路制作与探究 图是一个带有电路状态指示的工作电路，两个发光二极管可指示电路的待机状态和工作状态。 (1)用提供的器材连接如图所示的电路。 (2)当开关断开时，记录看到的现象。 (3)闭合开关，记录实验现象。 【典例2】为保护视力，很多电子产品都增加了“屏幕提醒”功能。其原理如图乙所示，R0为定值电阻，R为距离传感器，眼睛与电子屏幕的距离越近，其阻值越小，当电表示数大于设定值时，会进行提示。下列分析正确的是（　　） A．图乙中的电表，是用电流表改装的 B．电路中的R和R0并联 C．眼睛距离屏幕越近，电路电流越大 D．眼睛距离屏幕越远，电表示数越大 【解答】解：AB、根据电路图可知，R与R0串联，显示仪与R0并联； 电流表使用时串联在所处电路中测量电路中的电流，电压表使用时并联在所处电路的两端测量电路两端的电压；图甲中显示仪并联在定值电阻R0的两端，所以图甲的显示仪相当于电压表，故AB错误； C、由题意知眼睛与电子屏幕的距离越近，其阻值越小，电路的总电阻越小，由I可知电路中的电流越大；故C正确； D、眼睛距离屏幕越远，其阻值越大，电路的总电阻越大，由I可知电路中的电流越小；由U＝IR知定值电阻R0的两端的电压越小，电表示数越小，故D错误。 故选：C。 跟踪训练1 科技研究小组在实验室模仿工程师做“钢梁承重后的下垂量h”的测试，他们用厚钢尺制成了一座跨度为L的桥梁（如图甲所示），并设计了一个方便读取“厚钢尺桥梁受压后下垂量”的测试仪，测试仪由压力传感器R与外部电路组成（如图乙所示）。已测得跨度为L时，在一定范围内，其压力F与下垂量h满足关系F＝kh，k＝1×103m/N。已知电源电压为12V不变，当电压表示数为5V时，电流表的示数为0.5A。传感器的电阻R与压力F的关系如图丙所示，忽略传感器与钢梁自重产生的影响。求： （1）R0的阻值； （2）当桥梁的下垂量h＝2cm时，电流表的示数是多少； （3）现将电表的刻度盘改为下垂量h的刻度盘，可直接显示厚钢尺桥梁受压后下垂量。请你选择其中一只电表，列出该电表示数与下垂量h的关系式，说明更换后的刻度盘左侧数值较大还是右侧数值较大。 【解答】解：（1）由图乙可知，R和R0串联，电压表测R0的电压，电压表的示数为5V，即R0的电压为5V， 电流表的示数为0.5A，即R0的电流为0.5A， 根据欧姆定律得：R010Ω； （2）压力F与下垂量h满足关系F＝kh，k＝1×103m/N，h＝2cm＝0.02m， 则F＝1×103m/N×0.02m＝20N；根据图像知，R＝20Ω；电流表的示数I'0.4A； （3）根据乙图知，压力增大60N，电阻减小30Ω，故每1N减小0.5Ω； 则R＝30Ω﹣0.5Ω/NF； 而F＝kh，则R＝30Ω﹣0.5Ω/N×kh； 则电流表示数I； 当h越大时，电阻越小，故电流越大，则更换后的刻度盘右侧数值较大；因而定值电阻的电压与电流成正比，故电压表也是右侧较大。 答：（1）R0的阻值是10Ω；（2）当桥梁的下垂量h＝2cm时，电流表的示数是0.4A少； （3）电流表示数与下垂量h的关系式是I；说明更换后的刻度盘右左侧数值较大。 跟踪训练2 半导体是一种重要的电子工业材料。 （1）以下电路元件属于半导体的是 ； A.铜导线； B.白炽灯； C.干电池； D.集成电路芯片。 （2）用半导体材料制成的发光二极管（LED灯）是各种电路的重要元件之一。LED灯较长的为正引脚（+），较短的为负引脚（﹣）。只有当LED灯两端的电压在其工作电压范围内，电流从正引脚流入、负引脚流出，且电源能提供足够功率时，LED灯才能正常发光。请用笔替代导线，将LED灯与小灯泡正确串联。 （3）白炽灯、节能灯和LED灯是生活中常见的三种照明设备。小明通过市场调查和查阅相关资料，获得以下一些信息： ①三种灯的工作原理不同。白炽灯通过电流加热灯丝使其发光；节能灯利用电流激发荧光管内的汞蒸气发光；LED灯采用半导体材料，电流通过半导体材料时直接产生光。 ②“光通量”是描述光源在单位时间内发出的可见光量的物理量，“光效率”是反映了光源将电能转换成光能的效率，光效率越高，意味着消耗相同的电能可以产生更多的光能； ③某品牌白炽灯、节能灯和LED灯的相关数据如表所示。 光源 电功率（瓦） 光通量（流明） 光效率（流明/瓦） 寿命（小时） 白炽灯 100 1000 10 1000 节能灯 20 1000 50 6000 LED灯 10 1000 100 15000 根据以上信息及所学知识回答下列问题： （a）分析比较表中光源的电功率、光通量和光效率的变化情况，可得出初步结论：当光通量相同时， ； （b）请在表的“光源”中选择一个作为日常照明设备，并从能源利用等方面说明你选择的理由。 【解答】解：（1）集成电路芯片是由半导体材料（如硅）制成，属于半导体，故选：D。 （2）将发光二极管、灯泡、开关和电源串联，注意让电流从发光二极管的正引脚进，负引脚出，据此连接电路如下图所示：。 （3） （a）表格中光通量均为1000流明时，白炽灯电功率100W、光效率10流明/瓦；节能灯电功率20W、光效率50流明/瓦；LED灯电功率10W、光效率100流明/瓦。当光通量相同时，光源的电功率越小，光效率越高。（b）选择 LED 灯， 理由：光效率最高（100流明/瓦），消耗相同电能时能产生更多光能，能源利用率高，更节能；寿命最长（15000小时），减少设备更换频率，更经济环保。 跟踪训练3 灯光自动控制系统是一种可以自动感知环境的光照强度，自动调整开、关状态和灯光亮度的智能化系统，这种系统环保节能，逐渐走入我们的生活。某小组开展了“设计灯光自动控制”项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成下列内容： 光照强度E/cd 1 2 3 4 5 6 光敏电阻R/Ω 80 50 30 24 20 18 【项目分解】 （1）设计光自动控制灯的开、关状态 （2）设计光自动控制灯的亮度 【项目实施】 （3）设计光自动控制灯的开、关状态 小组同学利用光敏开关，设计了如图甲所示的电路图，根据照明需要，在 （选填“有光”或“无光”）时，光敏开关闭合，灯泡发光，反之灯泡熄灭。 （4）设计光自动控制灯的亮度经过大家讨论，为实现光自动控制灯的亮度，需要阻值随光照强度变化的光敏电阻，查阅资料后获得某光敏电阻的阻值与光照强度的关系如表格所示（其中E是表示光照强度的物理量，单位为cd），小兰设计了如图乙所示的电路图。小明分析表格数据，发现随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值 ，据此小明认为小兰的设计虽然能达到光控亮度的目的，但实际并不合理，不合理之处是 。 经过查阅资料大家发现实际生活中的光控灯电路结构复杂得多，还有很多我们没有学到的知识，进而激发了大家进一步学习的兴趣，对未来充满期待。 【项目拓展】地铁中均安装了烟雾报警器，一旦有烟雾产生，烟雾报警系统就会报警，地铁随即自动减速甚至停车。“烟雾报警器”的简化原理图如图丙所示，烟雾报警器有一个外部光无法进入的烟室，其中装有激光发射器和带有光敏电阻的电路，电路中电源电压为18V，R0为定值电阻，R为光敏电阻（阻值与光照强度的关系与上表相同）。 （5）开关闭合后，当烟雾进入烟室后，遮挡射向R的激光，当光照强度为5cd时，电压表示数为12V；当烟雾浓度达到一定程度，光照强度降低到2cd时，就会触发报警系统，此时电压表示数为 V，定值电阻R0为 Ω。 （6）烟雾报警器触发报警系统的电压保持一定，若减小定值电阻的R0阻值，烟雾报警器会在烟雾浓度更 （选填“大”或“小”）时报警。 【解答】解：（3）光敏开关，这是一种由半导体材料制成的开关； 根据照明需要，在无光时，光敏开关闭合，灯泡发光，反之灯泡熄灭； （4）分析表格数据可知随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小； 乙图中灯泡和光敏电阻串联接入电路，串联电路总电阻等于各部分电阻之和，根据欧姆定律可知光照强度增加，通过电路的电流变大，灯变亮； （5）图示电路是R与R0的串联电路，电压表测量光敏电阻R两端的电压； 光照强度为5cd时的光敏电阻R的阻值为20Ω，此时定值电阻两端的电压：U0＝U﹣UR＝18V﹣12V＝6V， 此时通过电路的电流：I0.6A， 定值电阻的阻值：R010Ω， 光照强度降低到2cd时的光敏电阻R的阻值为50Ω， 串联电路总电阻等于各部分电阻之和，根据欧姆定律可得此时通过电路的电流：I′0.3A， 此时的电压表示数：UR′＝I′R′＝0.3A×50Ω＝15V； （6）若将定值电阻R阻值升高，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知通过电路的电流变小，烟雾报警器触发报警系统的电压保持一定，此时光敏电阻接入电路的阻值较大，对应的光照度更小，即烟雾报警器会在烟雾浓度更大时报警。 故答案为：（3）无光；（4）减小；光照强度增加，灯变亮； （5）15；10；（6）大。 【能力培优练】 1. 跨学科实践：制作简易调光台灯 【项目提出】 利用变阻器知识制作一盏简易调光台灯，达到调节灯光亮度的目的。 【项目分析】 制作简易调光台灯，需要重点考虑以下几个问题。 1：选择哪种光源？ 2：怎样改变光源的亮度？ 3：可以从哪些方面加强台灯的实用性？ 【项目实施】 1：设计台灯 （1）选择光源。实验室用的小灯泡可以作为光源。另外，市面上很容易买到各种型号的发光二极管，也可以作为光源。 （2）选择变阻器。制作简易调光台灯的关键是改变台灯的亮度，这可以通过改变灯泡两端的电压来实现。 （3）设计电路。设计调光台灯的电路，选择合适的电源、小灯泡和变阻器，电源电压和小灯泡的规格要匹配。 ①若选择电位器，要求顺时针旋转电位器的旋钮，小灯泡变亮，请用笔画线代替导线将如图乙所示的电路补充完整。（连线不能交叉） ②若选择滑动变阻器，要求向D端调节滑动变阻器的滑片，灯泡越来越暗。小明想进一步探究灯泡亮度变化时它两端的电压和通过它的电流怎么变化。在方框内设计出能完成探究的电路图，并用笔画线代替导线将图丙实物图正确连接。（连线不能交叉，两电表均接较小的测量范围） （4）设计支架和灯罩。画出你设想中台灯的草图，各个器件要安排紧凑，使台灯美观、结实，便于移动。 2：制作台灯 按照设计方案安装各个器件，连接电路。检查电路，闭合开关，看看怎么调节变阻器会使小灯泡越来越亮。 【展示交流】 小明想利用不同颜色的LED灯设计一个发光颜色可调的台灯，探究亮度是否均可调。下面电路符合要求的是 。LED灯发光部分是由 材料制成的。（选填“导体”“半导体”或“超导体”） 【解答】解：（1）小灯泡变亮，可知此时变阻器接入电路的阻值变小，要求此时顺时针旋转电位器的旋钮，可知电位器的c端接入电路，据此作图，完整电路如下图所示：。 （2）探究灯泡亮度变化时它两端的电压和通过它的电流怎么变化，要让电压表与灯泡并联，电源、开头、电流表、灯泡、滑动变阻器串联，要求向D端调节滑动变阻器的滑片，灯泡越来越暗，说明变阻器接入电路的电阻变大，则应将变阻器的A端接入电路，两电表均接较小的测量范围，据此连接电路，完整电路图和实物图如下图所示： 。 （3）小明想利用不同颜色的LED灯设计一个发光颜色可调的台灯，探究亮度是否均可调。 A、图中开关闭合，两个LED灯串联，同时发光，发光颜色不可调，故A错误； B、二极管具有单向导电性，当开关上端时，LED灯未接入电路，接下端时，由于一个LED灯反接，电路断路，故B错误； C、当开关接上端时，红灯发光但不可调节，故C错误； D、图中开关接上端红灯亮，接下端绿灯亮，且无论哪种情况，调节变阻器，均可调节灯的亮度，故D正确。 故选：D。 半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，LED灯发光部分是由半导体材料制成的。 2. 半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值R1随压力变化情况如图甲所示。小科利用此传感器设计了如图乙所示的自动分拣苹果装置，并设置分拣标准为0.15千克。其原理是：调节R2的滑片P，使得0.15千克的苹果在托盘秤上时，电磁铁恰好能吸住分拣开关的衔铁，苹果便通过下方通道筛选出来，此时R2两端的电压为3V。已知电源电压为6V，内阻不计。 （1）电磁铁上端是 极（选填“N”或“S”）； （2）为使该装置达到上述分拣标准，R2的阻值应调为多少？（通过计算证明） （3）为了提高分拣标准，挑选出质量为0.2千克以上的苹果，可以进行的操作是 （写出一种即可）。 【解答】解：（1）由图乙可知，电流从电磁铁的上端流入，下端流出，由安培定则可知电磁铁的上端是N极。 （2）在托盘秤上放上0.15kg的苹果，压敏电阻受到的压力F＝mg＝0.15kg×10N/kg＝1.5N； 根据图甲可知，此时压敏电阻的阻值为30Ω，闭合开关，电路中两电阻串联，电压表测量R2两端的电压，R2两端的电压为3V，电磁铁恰好能将衔铁吸下，由串联电路电压的规律可知R1两端的电压U1＝U﹣U2＝6V﹣3V＝3V； 由串联分压可知； 代入数据得到； 解得：R2＝30Ω。 （3）为了提高分拣标准，挑选出质量为0.2千克以上的苹果，此时托盘秤所受压力变大，由图甲可知，R1的阻值变小，此时电磁铁恰好能吸住分拣开关的衔铁，电路中的电流保持原来不变，由欧姆定律可知电路的总电阻不变，由电阻的串联可知，变阻器连入电路的电阻变大，R2的滑片向右移动。 故答案为：（1）N；（2）R2的阻值应调为30Ω；（3）R2的滑片向右移动。 3. 如图甲所示，是一架无人机，无人机的飞行控制系统简称“飞控”。无人机无论是悬停还是飞行、向哪个方向飞行、上升还是下降等飞行指令都由飞控下达，飞控主要由感知飞行姿态的陀螺仪、北斗定位模块、超声波传感器、气压传感器等各种功能的传感器及控制电路组成。无人机可以搭载高分辨率摄像机、专业光学相机、红外相机等。 （1）北斗定位模块利用 传递信息，其在真空中的传播速度为 m/s。 （2）无人机上面装有的高清摄像机，摄像机的镜头相当于 （选填“凸透镜”或“凹透镜”）。 （3）超声波传感器可探测无人机在飞行时遇到的障碍物，无人机悬停时，向某一山峰发射超声波，10s后收到回波，无人机距离山峰的距离 m。（已知此时空气中超声波的速度为340m/s） （4）如图乙，是无人机竖直向上运动的v﹣t图像。由图像可知，在0～5s内，无人机受到的升力 （选填“大于”“小于”“等于”）重力。 （5）当地面上的人们看到无人机“向地面俯冲”降落时是以 为参照物（选填“无人机”或“地面”）。 【解答】解：（1）北斗定位系统利用电磁波来传递信息，其在真空中的传播速度为3×108m/s； （2）高清摄像机，u＞2f，成倒立、缩小的实像，与照相机原理相同，摄像机的镜头相当于凸透镜； （3）已知v声＝340m/s，t10s＝5s，根据速度公式可知无人机距离山峰的距离为：s＝v声t＝340m/s×5s＝1700m； （4）从v﹣t图像可以看到，0～5s内无人机的速度从0均匀增加到10m/s，处于加速直线运动状态，无人机在竖直方向受到向上的升力F和向下的重力G，合力向上，因此升力 大于 重力； （5）以地面为参照物时，无人机与地面的距离不断减小，所以人们会看到无人机“向地面俯冲”。 故答案为：（1）电磁波；3×108；（2）凸透镜；（3）1700；（4）大于；（5）地面。 4. 科技的自立自强是国家发展的战略支撑，中国芯片正在崛起。芯片是指含有集成电路的硅片，芯片主要是利用 材料制成的；石墨烯被称为“新材料之王”，这种材料在一定条件下电阻可以降为零，因此可用于制作超导体，常温下的超导体最适合制作 （选填“高压输电线”或“电饭锅发热体”）。 【解答】解：半导体材料的一个常见应用是制造芯片。 常温下的超导体因为电阻为0，所以电流通过时不会产生损耗，所以最适合制作高压输电线，可以极大提升输送电能的效率。 故答案为：半导体；高压输电线。 5. 阅读下列材料，回答问题： 新材料﹣﹣﹣石墨烯 石墨烯作为一种新材料，它和铜有着一样出色的导电性，2018年12月19日零时，顶尖学术期刊英国《自然杂志》发布了2018年度影响世界的十大科学人物排行榜，中国22岁的青年学者曹原名列榜首，曹原发现当两层平行石墨烯旋转成约1.1°的微妙角度时，石墨烯的电阻突然变为零，成为超导体。作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料，比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池，如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性，从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料，其应用前景十分广阔。 （1）石墨烯属于 （填“导体”或“绝缘体”），在常温下成为超导体的条件是 。 （2）应用于全新超级计算机的研发，是基于石墨烯晶体管比硅晶体管的 。 （3）请你分析：在实际应用中，超导现象更适合应用于哪个实例中 。 A．电暖器 B．电饭煲 C．高速计算机的集成电路芯片 【解答】解：（1）石墨烯是从石墨材料中剥离出来的，石墨容易导电，故这种新材料也是导体。 由题意可知，石墨烯在常温下成为超导体的条件是两层平行石墨烯旋转成约1.1°的微妙角度。 （2）由题意可知，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。 （3）超导现象是导体的电阻变为零，这使得电流在传输过程中不会产生热量损耗，从而大大减少了电能损失。故超导现象适合应用于高速计算机的集成电路芯片，从而减少散热问题‌。如果超导现象应用于电暖器或电饭煲，由于超导体的电阻变为零，这将使得电暖器或电饭煲无法产生热量，故超导现象不适合应用于电暖器或电饭煲。故C符合题意，AB不符合题意。 故选C。 故答案为：（1）导体；两层平行石墨烯旋转成约1.1°的微妙角度；（2）传输速度快；（3）C。 6. 如图所示，2024年3月28日，小米汽车SU7发布会举行，充分展现了“中国智造”的科技风采。做为一款新能源智驾汽车，小米SU7不仅节能环保，而且还可以实现远程操控智能家居，以下说法正确的是（　　） A．汽车内的集成电路由超导体制作 B．汽车行驶的过程中电能全部转化为机械能 C．汽车利用超声波远程操控智能家居 D．汽车电动机的工作原理和扬声器相同 【解答】解：A、汽车内的集成电路由半导体制作，故A错误； B、汽车行驶的过程中电能大部分转化为机械能，还有少部分转化为内能和光能等，故B错误； C、汽车利用电磁波远程操控智能家居，故C错误； D、汽车电动机的工作原理和扬声器相同，都是利用通电导体在磁场中受力运动的原理工作的，故D正确。 故选：D。 7. 美丽的丰水湖晚上，道路旁会亮起一排排的路灯。丰城中学某项目化学习小组设计的自动控制型路灯简化电路如图，其工作原理为：在白天光照较亮时，衔铁被电磁铁吸引，路灯L不发光；晚上光照较暗时，衔铁向上弹起，路灯L亮，实现自动控制。为实现路灯的自动控制，光敏电阻R光的阻值随光照强度增强应 （选填“增大”或“减小”）。遥遥同学提议为节约用电，路灯需在傍晚光照强度更弱时才亮起，这时应 （选填“增大”或“减小”）电阻R0。 【解答】解：在白天光照较亮时，衔铁被电磁铁吸引，路灯L不发光；晚上光照较暗时，光敏电阻R光的阻值随光照强度的减弱而增大，电路中的电流变小，衔铁向上弹起，路灯L亮，实现自动控制；因此光敏电阻R光的阻值随光照强度增强应减小。 当光照强度逐渐变弱时，光敏电阻R光的阻值变大，而继电器的衔铁被吸合时线圈中的电流不变，根据R知控制电路的总电阻不变，由R总＝R光+R0可知，减小R0的阻值可以实现在更微弱的光照下，也能使继电器的衔铁被吸合，从而实现节约用电。 故答案为：减小；减小。 8. 阅读短文，回答问题： 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象。只有入射光的频率高于一定值时，才能激发电子逸出物质表面。内光电效应是指被光激发所产生的电荷仍在物质内部运动，但使物质的导电能力发生变化或在物体两端产生电压的现象。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；光敏电阻可应用在各种自动控制装置和光检测设备中，如生产线上的自动送料、自动门装置、航标灯、路灯、应急自动照明、自动给水停水装置等方面。利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。 （1）太阳能电池是依据 （选填“内”或“外”）光电效应工作的。 （2）外光电效应会从物质中激发出带 （选填“正电”或“负电”）的粒子。 （3）如图是电磁波波谱图。如果蓝光照射到某金属表面能产生外光电效应，则下列光照射该金属也一定能产生外光电效应是 。 A．红光，红外线 B．红外线，紫外线 C．紫光，紫外线 D．黄光，紫光 （4）现在楼道内一般不再使用声控开关，而用红外感应开关替代。白天光控开关断开，夜晚光线暗时，光控开关闭合；当有人进入楼道内时，红外感应开关闭合，没人时红外感应开关断开。下列关于楼道内路灯电路设计合理的是 （光控开关用光表示，红外感应开关用红表示）。 A．B． C．D． （5）公共场所严禁吸烟，小明设计了一种简易烟雾报警控制器如图所示，电路中R0为定值电阻，R为光敏电阻，其阻值随光照的增强而减小，烟雾增大到一定程度使电压表V的指针偏转到某区域时触发报警系统。S闭合后，当有烟雾遮挡射向R的激光时，电压表V的示数将 （选填“增大”或“减小”）；为了使控制器在烟雾较淡时就触发报警器，可以 （填“增大”或“减小”）R0的阻值。 【解答】解：（1）由短文中“利用太阳能的最佳方式是光伏转换，就是利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电”可知，太阳能电池是依据内光电效应工作的。 （2）由“外光电效应是指被光激发产生的电子逸出物质表面的现象”可知，外光电效应会从物质中激发出带负电的粒子。 （3）根据“只有入射光的频率高于一定值时，才能激发电子逸出物质表面”，在如图电磁波波谱图中，紫光、紫外线的频率比蓝光大，照射到金属表面也一定能产生外光电效应；而红光、红外线的频率比蓝光小，黄光也属于可见光范围，不一定能产生外光电效应；故选C。 （4）根据描述，可知只有当白天且有人进入楼道时，灯泡才亮，即红外开关与光控开关应串联，且同时闭合时灯泡才亮，故电路设计合理的是C。 （5）由图可知，两个电阻串联，电压表测量光敏电阻两端电压，当S闭合后，当有烟雾遮挡射向R的激光时，光敏电阻变大，根据串联电路分压特点可知，此时电压表V的示数将增大。 为了使控制器在烟雾较淡时就触发报警器，可以减小R0的阻值，增大光敏电阻两端分得的电压。 故答案为：（1）内；（2）负电；（3）C；（4）C；（5）增大；减小。 9. 阅读短文，回答问题。 半导体 按导电性能来分，除了有导体和绝缘体外，还有一类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类物质叫做半导体。半导体的导电性能会受到温度、光照和掺加杂质等多种因素的影响。 一些半导体在温度升高时，导电性能迅速改变。利用这种特性可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。例如家用空调可以根据你设置的温度自动启动或待机；电冰箱可以根据预设的温度进行自动控制。这些都是温控开关在起作用。有些半导体在没有光照时不容易导电，逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强。用它做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。 酒精测试仪（AlcoholTester）是测试酒精含量的仪器，是交警常用的执法装备。在违法行为处理或者公路交通例行检查中，通常是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。酒精测试仪内部的核心部件是酒精气体传感器，目前普遍使用的有半导体型和燃料电池型两种。半导体型呼气酒精测试仪采用半导体型氧化锡作为传感器，它具有气敏特性，当接触的敏感气体浓度增加时，它的电阻值就降低。 正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。 （1）热敏电阻属于 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）； （2）光敏电阻在增大光照强度的情形下，阻值 （选填“变大”或“变小”）； （3）某物理兴趣小组设计了一种简易酒精浓度检测仪，其电路原理图如图甲所示。R1是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度K变化的关系如图乙所示，R2为滑动变阻器，检测前通过调节滑动变阻器对检测仪进行“调零”，此时电流表的示数为0.1A，调零后滑动变阻器的位置不变，电源电压为12V并且保持不变，他们查阅到相关资料如表所示： ①对检测仪“调零”时，R2电路的电阻为 Ω； ②检测时，当电流表示数为0.15A时，司机属于 。 血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200 非酒驾（M＜20mg/100mL） 酒驾（20mg/100mL≤M≤80mg/100mL） 醉驾（M＞80mg/100mL） 【解答】解：（1）热敏电阻属于半导体材料； （2）有些半导体在没有光照时不容易导电，逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强，则光敏电阻在增大光照强度的情形下，阻值变小； （3）①由图甲可知，R1和R2串联，电流表测电路中的电流； “调零”后，此时电流表的示数为0.1A，根据欧姆定律可得电路中的总电阻：R总120Ω， 由图乙可知：酒精气体为0mg/100mL时气敏电阻R1＝100Ω， 根据串联电路的总电阻等于各用电器的电阻之和可得，变阻器R2的阻值：R2＝R总﹣R1＝120Ω﹣100Ω＝20Ω； ②检测时，当I′＝0.15A，R2＝20Ω时，根据欧姆定律可得电路中的总电阻：R′总80Ω； 根据串联电路的总电阻等于各用电器的电阻之和可得R′1的阻值为：R′1＝R′总﹣R2＝80Ω﹣20Ω＝60Ω； 对应乙图此时K′＝10×10﹣3mg/100mL，此时酒精浓度为：M′＝10×10﹣3mg/100mL×2200＝22mg/100mL，该司机属于酒驾。 故答案为：（1）半导体；（2）变小；（3）①20；②酒驾。 10. 为监控车位使用情况，某停车场在每个车位上方都装有红、绿两盏灯。当车位被占用时红灯亮，车位未被占用时绿灯亮。该功能通过一个感应传感器自动控制开关S接“1”或“2”来实现。下列电路中符合要求的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：由题知，车位被占用时红灯亮，车位未被占用时绿灯亮，这说明红灯和绿灯能各自独立工作，互不影响，是并联的，且每盏灯都有各自的控制开关，故D正确。 故选：D。 11. 请阅读《半导体》回答问题。 半导体 按导电性能来分，除了有导体和绝缘体外，还有一类物质的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类物质叫作半导体。半导体的导电性能会受到温度、光照和掺加杂质等多种因素的影响。 一些半导体在温度升高时，导电性能迅速改变。利用这种特性可以做出体积很小的热敏电阻，用来测量温度的变化。例如家用空调可以根据你设置的温度自动启动或待机；电冰箱可以根据预设的温度进行自动控制，这些都是温控开关在起作用。有些半导体在没有光照时不容易导电，逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强。用它做成的光敏电阻可以用在需要对光照反应灵敏的自动控制设备中。 酒精测试仪（Alcohol Tester）是测试酒精含量的仪器，是交警常用的执法装备。在违法行为处理或者公路交通例行检查中，通常是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。酒精测试仪内部的核心部件是酒精气体传感器，目前普遍使用的有半导体型和燃料电池型两种。半导体型呼气酒精测试仪采用半导体型氧化锡作为传感器，它具有气敏特性，当接触的敏感气体浓度增加时，它的电阻值就降低。正是由于半导体具有许多独特的性能，所以它在电子技术中有着广泛的应用。除计算机之外，手机、家电、航天、光纤通信等所有与现代文明相关的高技术产品几乎都离不开半导体材料。 根据以上材料，回答下列问题： （1）半导体材料的导电性能与 等多种因素有关（写出一种即可）。 （2）本文提到的光敏电阻在增大光照强度的情形下，阻值 （填“变大”或“变小”）。 （3）某物理兴趣小组设计了一种简易酒精浓度检测仪，其电路原理图如图甲所示。R1是气敏电阻，其阻值随呼气酒精浓度K变化的关系如图乙所示，R2为滑动变阻器，检测前通过调节滑动变阻器对检测仪进行“调零”，此时电流表的示数为0.1A，调零后滑动变阻器的位置不变，电源电压为15V并且保持不变，他们查阅到相关资料，血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200，具体信息如下表所示。 血液酒精浓度M＝呼气酒精浓度K×2200 非酒驾（M＜20mg/100mL） 酒驾 （20mg/100mL≤M≤80mg/100mL） 醉驾（M＞80mg/100mL） ①对检测仪“调零”时，R2接入电路的电阻为 Ω； ②检测时，当电流表示数为0.12A时，司机属于 。 【解答】解：（1）根据材料内容可知，半导体的导电性能会受到温度（或光照、掺加杂质等，写出一种即可）等多种因素的影响； （2）材料中提到“逐渐增大光照强度时导电性能逐渐增强”，导电性能增强意味着电阻阻值变小； （3）①由图乙可知，调零时（即酒精测试仪酒精含量为0），R1＝100Ω，电流I＝0.1A，根据欧姆定律可得电路总电阻为：； 因为串联总电阻等于各电阻之和，所以R2接入电路的电阻为： R2＝R总﹣R1＝150Ω﹣100Ω＝50Ω； ②检测时，电流I'＝0.12A时，根据欧姆定律可得此时总电阻为：； 此时气敏电阻阻值为：R1'＝R总'﹣R2＝125Ω﹣50Ω＝75Ω； 结合图乙，R1＝75Ω对应酒精浓度为K＝5×10﹣3mg/100mL，则M＝5×10﹣3×2200＝11mg/100mL＜20mg/100mL，属于非酒驾。 故答案为：（1）温度；（2）变小；（3）50；非酒驾。 【链接中考】 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $