第5章 控制系统与工程-【拓展与培优】2025-2026学年新教材八年级下册科学（浙教版·新教材）

@ 拓展与培优 第5章 控制系统与工程 思维点击 一、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。 二、自动控制系统：在没有人工直接干预的情况下，能够自动地调节和控制设备或过程，使其按照预定的规 律或指令运行的系统。 三、自动控制系统的三个子系统：①信息收集系统；②信息处理系统；③操作执行系统。 四、传感器：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。 五、课本中所讲的自动控制系统属于现代生活中主流的电子自动控制系统，但自动控制系统是多样的，有的 机械自动控制系统并不需要将感知到的信息转化为电信号，也并不需要电脑来控制。 六、常见的电子元器件 元器件名称 光敏电阻器 电容器 变压器 扬声器 二极管 发光二极管 集成电路片 符号 斗 Ic 七、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。 八、测试发光二极管的性能：发光二极管的两根引脚中，较长的为正极（阳极），较短的为负极（阴极），当电流 从正极流向发光二极管的负极，发光二极管发光，表明它处于导通状态。反之，电流不能从负极流向正极， 发光二极管不会发光。 九、生活中常见的自动控制系统 1.空调温度控制系统：设定目标温度后，会自动检测室温，制冷或制热模式按需切换，达到温度就停机， 偏离则重启。 2.全自动洗衣机的洗涤控制系统：根据选择的程序，自动完成进水、洗涤、漂洗、脱水、停机的全流程，无 需人工干预。 3.智能路灯控制系统：通过光敏传感器检测环境亮度，天黑自动开灯，天亮自动关灯，部分还能根据车 流调节亮度。 4.电饭煲的恒温控制系统：煮饭时加热到沸点后，自动切换为保温模式，维持温度在设定范围，防止饭 凉或烧糊。 例1如图所示为机械臂运动限位系统示意图。位置传感器设置在机械臂的左右需要限位的位置，当 机械臂左右运动靠近位置传感器时，位置传感器感知到机械臂接近并在达到规定的检测距离时给PIC发送 信号，经伺服电机使机械臂停止运行，从而使机械臂在一定位置范围内运转。请根据示意图和描述，完成以 下任务： 同服电机 工件 228 科学 八年级下册 (1)该系统的控制手段是 ①自动控制 ②人工控制 (2)该控制系统的执行器是 ①机械臂 ②PLC ③伺服电机 (3)若将该机械臂应用于工件的抓取，检测到有工件时机械臂能自动张开抓取，下列可以采用的传感器 是 ①热敏电阻传感器 ②超声波传感器 ③湿度传感器 【分析】(1)机械臂运动限位控制系统不需要人为直接参与全程控制，属于自动控制。(2)执行器：即 直接对被控对象进行控制的装置或元件机械臂运动限位控制系统的执行器是伺服电机。(3)机械臂运动限 位控制系统属于检测距离，故而需要选择能够检测位移的传感器。 例2画出机器人与人对话自动控制框图 【分析】图中要体现信息收集系统、信息处理系统、操作执行系统。 人 [语音采集模块]→降噪滤波处理] [语音识别模块]一语义理解与意图解析 [对话逻辑控制单元 [知识库调取][历史对话记忆 [应答生成模块] [语音合成模块]→音频放大输出] 灯 例3画出一个包含识别系统、付费系统和人工开门三个模块的停车收费控制电路示意图。 【分析】 AI 信号 识别系统 车牌识别模块 像头 芯片 () F门 扫码支付单 收费按有 电 付费系统 控制按钮 道间驱动电路 用。下列电器设备用到了变压器的是 ( 巩固练习 A.电源适配器 B.LED手电简 C.电热毯 D.电子灭蚊器 A组 4.某同学想要设计一套浇花的控制装置，下列 1.下列控制系统中，属于自动控制系统的是 传感器中最合适的是 ) ( ) A.湿敏传感器 B.光敏传感器 A.按钮开关控制电灯 C.声敏传感器 D.化学传感器 B.打开普通自来水龙头 5.许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时， C.声光控制开灯系统 出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没 D.控制自行车行驶方向 有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是 2.下列电子元器件不属于传感器的是( A.二极管 B.干簧管 A.温度传感器和光电传感器 C.光敏电阻 D.热敏电阻 B.光电传感器和声音传感器 3.变压器，是借助电磁感应原理来改变交流电 C.声音传感器和热电传感器 压的装置。在电力行业、交通运输业着广泛的应 D.温度传感器和热电传感器 229 拓展与培优 6.根据消防要求，仓库、图书馆等场所都要安 “不相同”)。简述你判断过程 装火灾自动报警系统。当烟雾探测器检测到的烟 雾浓度超过设定值时，电子开关被接通，报警器发 出声光信号进行报警。关于该报警控制系统，以下 说法中正确的是 ( A.输出量是有无声光信号 B.被控对象是仓库、图书馆等场所 C.控制器是电子开关 图1 图2 D.输入量是声光信号 10.在干燥的冬季，手触摸金属门把手，有时有 7.如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子 触电的感觉，这是因为摩擦起电使人体带一定量电 系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列 荷，当手触摸门把手时产生放电现象。有一种静电 在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递上的 消除器，如图甲，其内部电路可简化为图乙，R是高 条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相 值电阻，假设手握住A点，用B点接触门把手，产生 关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。 放电现象，红色二极管瞬间发光，则手带 下列关于该快递分拣系统的设计与分析中不恰当 (填“正”或“负”)电荷。 的是 分拣管 机械手 扫描仪 绿 甲 快递 B组 传送带 11.如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。 该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分 A.扫描仪的扫描速度会影响分拣效率 拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力 B.机械手设计时不需考虑快递的重量 C.扫描仪传感器的可靠性会影响分拣系统的 传感器R1上。R1所受压力越大阻值越小，当R 两端电压超过某一定值时，控制电路接通，电磁铁 稳定性 D.设计系统时需根据传送带的运行速度计算 吸动分拣板的衔铁。该控制电路中包含保持电路， 能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持 出机械手的运行速度 吸动状态。下列说法正确的是 ) 8.某养鸡场种蛋孵化器温控系统的工作原理 为：当温度传感器检测到孵化器内的实际温度低于 分拣板衔铁 上通道 设定温度时，控制器发出指令，启动执行器开始制 托盘秤 热；当实际温度达到或超过设定温度时，执行器停 下通道 止工作。该系统通过检测装置持续获取实际温度， 电 并将其反馈给控制器，实时调整执行器状态，以维 持温度稳定。针对该控制系统，回答下列问题： (1)从控制过程中有无人工干预的情形来分， A.为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电 该控制属于 控制。 磁铁线圈的匝数 (2)该控制系统的执行器是 检测装 B.为了选出质量更大的苹果可以将电源A的 置是 输出电压减小 9.发光二极管（简称IED),具有单向导电性。 C.为了选出质量更大的苹果可以增大R2的 它是 (填“导体”“绝缘体”“半导体”)制成 阻值 的。如图所示，按图1连接时A表有示数，LED发 D.质量大的苹果将进人上通道 光：将IED两极反过来如图2连接时A表无示数， 12.如图所示为某储气罐压力自动控制和自动 LED不发光。请根据上述实验现象判断，两种情况 报警系统示意图.压力变送器检测储气罐中的压力 下LED的电阻是否相同： (填“相同”或 值，该值被送到控制器，与设定压力值进行比较，控 30 科学八年级下册 制器根据偏差值控制变频气泵的转速，从而使储气 ②连接好电路，闭合开关S,接通电源，将磁体 罐的实际压力达到设定值，当压力值超出设定上限 靠近和离开干簧管，分别观察并记录实验现象。 时，就发出报警信号，并自动排气。据图完成下列 实验操作 磁体M靠近干簧管 磁体M离开干簧管 问题： 实验现象 马报警系统 压力变送器 14.小明在乘坐无障碍公交车时发现司机或者 控制器 设 压力 乘客需要手动将斜坡板下翻，非常不方便（如图a所 去车间气管 变频气泵 示)小明根据此情境准备设计一个斜坡板自动控制 模型，利用电机驱动，实现斜坡板自动伸展和收回， 罐 M 进气管 自动排气装置 小明制作了如图b所示的模型。请在小明制作的模 (1)根据示意图及其描述，补充完整压力自动 型基础上设计该电机传动装置。已知斜坡板的尺 控制循环系统方框图. 寸为800mm×800mm×10mm。装置设计要求 ① ;② ;③ 如下： ①使用斜坡板时能自动展开，不用时可自动收 实际 控制器 ①▲ ②▲ 压力值 回至收纳处； ③▲ ②展开斜坡板后能旋转至一端与地面接触： (2)当压力自动控制系统出现故障，导致储气 ③斜坡板展开使用时，装置牢固可靠； 罐内气体压力过高，在此情况下对储气罐有保护的 ④斜坡板为木板，允许适当加工； 是 ⑤使用减速电机驱动，其他材料可自选。 ①去车间的送气管道 ②自动排气管道 810 1010 13.在“利用传感器制作简单的自动控制”实验 50 中，图1是简单的门窗磁控防盗报警装置示意图。 收纳处 门的上沿嵌人一小块永磁体M,门框内与M相对 300 的位置嵌入干簧管SA(是一个通过磁场控制的电 斜坡板 地面 200 开关，当外部有磁场靠近时，两簧片被磁化而吸合， 800 开关导通)，并将干簧管接人报警电路。 图a 图b 请根据描述和设计要求画出该装置机械部分 报停电路 SA 的设计草图（电机可用方框表示），必要时可用文字 SA LED 说明，并在草图上标注主要尺寸。 电源 图1 图2 ①如图2所示，干簧管SA作为传感器，用于感 知磁体磁场是否存在，继电器（虚线方框部分）作为 执行装置，发光二极管LED作为电路正常工作提 示，蜂鸣器H作为报警提醒。电路中P点应接直 流电源的 (填“正极”或“负极”)； 2318.B9.D10.D11.D12.D13.C 14.动脉静脉物质交换 15.(1)小肠(2)肺(3)皮肤 16.(1)循环系统(2)>肺泡内气体交换 17.(1)呼吸作用能量(2)水(3)右心房 (4)0 18.(1)2mL清水对照(2)淀粉(3)牙齿 的咀嚼、舌的搅拌(4)物理化学 19.(1)呼吸(2)完好不会破坏(3)蛋白质 (4)用盐水浸泡的菠萝会破坏黏膜吗 B组 20.B21.D22.D23.B24.B25.A 26.A 27.(1)胰酶(2)胰酶的成分是蛋白质，会在胃 中被初步消化而失去活性，从而影响药效 28.(1)肺动脉静脉血变成动脉血(2)小肠 29.(1)将稀硫酸改成硫酸钠溶液(2)2号试管 先褪色(3)操作简单、方便，不需要加热等 30.(1)A(2)C(3)A C组 31.(1)肺静脉B(2)B血液中的氧气扩散 进入组织细胞(3)A 32.(1)运动初期血液中的脂肪酸可以被氧化， 随着运动的持续体内储存的脂肪分解成甘油和脂肪 酸，进入血液。(2)有氧呼吸(3)蛋白质 33.(1)肺静脉(2)流回(3)蓝色软管1与红 色软管1的位置应对换 34.(1)胰岛素(2)I、V 35.(1)A(2)消化酶的活性(3)左 36.(1)小脑(2)1→3→5→4→2(3)舒张 扩散(4)I右心房D重吸收 37.(1)①右心房(2)营养物质含量增加，二氧 化碳含量增加，氧气含量减少(3)不含血细胞和大 分子的蛋白质f肾小管的重吸收(4)鲜红的血 液喷射而出a(5)左心室的壁最厚(6)肺泡里的 氧气扩散到血液里，血液里的二氧化碳扩散到肺泡中 38.(1)7左心室(2)房室瓣(3)吸气胸廓 和膈肌(4)不能(5)19肝脏 39.(1)吸收(2)膈肌(3)肺泡红细胞 (4)汗腺 40.(1)小肠绒毛(2)外界舒张呼气 (3)尿液肾小球的滤过作用肾小管的重吸收 41.(1)主动脉(2)关闭(3)增加两个橡皮球 表示心房，连接在蓝色软管和单向阀A之间 第5章控制系统与工程 例1(1)①(2)③(3)② 例2见分析 例3见分析 巩固练习 A组 1.C2.B3.A4.A5.B6.A7.B 8.(1)自动(2)制热设备温度检测装置 U 9.半导体不相同电源电压不变，由1=尺， 可知是电阻不同引起的电流变化 10.负 B组 11,B【解析】A.由题意：当R,两端电压超 过某一定值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣板 的衔铁。可知控制电路是否接通是由R，两端电压 决定的，与电磁铁线圈的匝数无关；D.质量越大的苹 果会使R,受到的压力越大，R,电阻会越小，R1两端 的电压越小，R。两端的电压越大，当R,两端电压超 过某一定值时，使控制电路接通，电磁铁吸动分拣板 的衔铁，分拣板与下通道连接，质量大的苹果将进入 下通道；B.在R1、R?的阻值不变的情况下，将电源 A的输出电压减小，R2两端的电压会变小，为了使控 制电路接通，根据D选项的分析，可知需要质量较大 的苹果，故将电源A的输出电压减小，可知选出质量 更大的苹果：C.在其他条件不变的情况下，增大R。 的阻值，会使R。两端的电压变大，可知苹果质量较 小时也会使控制电路接通，故增大R。的阻值会选出 质量更小的苹果。 12.(1)①变频气泵②储气罐③压力变送器 (2)② 13.①正极②二极管发光蜂鸣器发声【解 析】①由于二极管具有单向导电性，故电路中P点 应接直流电源的正极。②磁体M靠近干簧管，干簧 管两片簧片被磁化相吸，继电器的动触点与常开触电 接通，发光二极管发光。磁体M离开干簧管，干簧管 断开，继电器的动触，点与常闭触点接通，蜂鸣器发声。 14. <100 蜗轮 蜗杆 卡 减速 木板 轴座 电机 期末培优训练 A组 1.D2.B3.A4.D5.B6.B7.D ·23·