第5章 控制系统与工程（举一反三讲义）科学新教材浙教版八年级下册

本讲义聚焦初中科学“控制系统与工程”核心内容，系统梳理自动控制系统的组成（信息收集、处理、执行）与工作流程，衔接设计制作控制系统的实践环节，涵盖传感器分类应用、电子元器件功能及简易装置设计，构建从理论到实践的学习支架。 资料以思维导图辅助知识结构化，通过冰箱温控、自动门等生活案例拆解系统逻辑培养科学思维，设计电池安装检测仪等实践活动提升探究实践能力，结合工业机器人、智能家居等场景渗透技术服务生活的态度责任，课中助力教学实施，课后巩固训练可帮助学生查漏补缺。

第5章 控制系统与工程 目录 目录 1 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1 自动控制系统 2 知识点2 设计和制作控制系统 4 【巩固训练】 7 【学习目标】 1. 科学观念 （1）理解自动控制的概念，掌握自动控制系统的组成与工作流程。 （2）认识常见传感器、电子元器件的功能及典型应用场景。 2. 科学思维 （1）能拆解生活中的自动控制案例，分析 “信息收集 — 处理 — 执行” 的工作逻辑。 （2）能分析传感器协同控制的原理，判断控制电路的工作状态。 3. 探究实践 （1）能设计并制作简单的自动控制装置（如电池安装检测仪），完成电路搭建与测试。 （2）能根据控制需求，选择合适的传感器和元器件，优化控制方案。 4. 态度责任 （1）体会自动控制技术的应用价值，树立技术服务生活的创新意识。 （2）认识工程设计的系统性，培养严谨、安全的技术实践态度。 重点： 1.自动控制系统的组成（信息收集、处理、执行）与工作流程 2.常见传感器（光敏、声敏等）、电子元器件的功能与应用 3.自动控制电路的设计与制作（如电池状态检测装置） 难点： 1.自动控制 “信息收集 — 处理 — 执行” 流程的理解与应用 2.传感器协同控制的原理分析 3.简单自动控制电路的设计、搭建与调试 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 自动控制系统 1. 自动控制的概念与应用 （1）定义：机器或装置能根据预设要求，自主收集信息、做出判断并完成操作，达到预期效果，区别于人工控制。 （2）流程：信息收集 → 信息处理 → 执行操作 （3）应用场景： 生活：楼道声光控灯、商店自动门、智能家居（指纹锁、人脸识别） 工业：汽车焊接机器人、自动化生产设备、无人救援机械 2. 自动控制系统的三大组成 组成部分 功能描述 信息收集系统 用传感器（如光敏、声敏、热敏）采集环境或状态信息，转化为电信号 信息处理系统 由 CPU或控制器接收信号，分析判断并发出控制指令（无法直接穿过障碍，只能绕行） 执行操作系统 由电机、机械装置等执行指令，完成动作（如开门、关灯、改变运行路线） 3. 传感器的分类与应用 传感器类型 对应人体感官 功能描述 典型应用场景 光敏传感器 眼（视觉） 收集光照信息 路灯自动控制、楼道灯白天关闭 声敏传感器 耳（听觉） 收集声音信息 楼道声控灯、噪声监测仪 气敏传感器 鼻（嗅觉） 收集气味或气体成分信息 空气质量监测、酒精检测仪 压敏或温敏传感器 皮肤（触觉） 收集压力、温度信息 电子秤、温控器、空调温度调节 化学传感器 舌（味觉） 收集化学分子特征信息 环境监测、水质检测 【典例1】家用冰箱是一个自动控制系统。当冰箱内温度高于设定值时，压缩机开始工作；当温度达到设定值时，压缩机停止工作。在这个系统中，被控对象是（ ） A. 温度设定按钮 B. 冰箱内的空气 C. 温度传感器 D. 压缩机 【变式1】公共厕所的自动冲水装置，当人离开后，红外传感器检测不到人体信号，便会触发阀门冲水。这个系统的控制器是（ ） A. 人 B. 红外传感器 C. 控制电路板 D. 冲水阀门 【变式2】如图所示为 5G 无线防盗报警器，能 360° 旋转摄影，当有人进入摄像头拍摄范围时，能自动摄影并向主人手机发送视频报警提醒，方便识别，保留证据。该控制系统的控制手段和控制方式属于（ ） A. 手动控制、开环控制 B. 自动控制、开环控制 C. 自动控制、闭环控制 D. 手动控制、闭环控制 【变式3】如图所示是一个农业温室。要设计该温室的温度自动控制系统，该系统中不需要用到的器件是（ ） A. 安全监控摄像头 B. 温度传感器 C. 加热器 D. 温度控制器 知识点2 设计和制作控制系统 1. 常见电子元器件功能 元器件名称 核心功能 典型应用场景 光敏电阻器 光照增强，电阻减小 楼道灯区分白天或夜晚 电容器 储存或释放电荷 电路电荷管理、滤波稳压 二极管 单向导电（正向导通、反向截止） 控制电流方向、电路保护 发光二极管（LED） 正向导通时发光，反向截止时不发光 电源指示灯、电路状态指示 继电器 接收控制信号，控制强电通断 电机启停控制、空调模式切换 集成电路（CPU） 信息逻辑判断、运算处理 控制系统的信息处理核心 2. 简易电池传感器设计 （1）核心原理：二极管的单向导电性 电流从二极管正极流向负极时，二极管导通发光；反向连接时，二极管截止不发光，可用来判断电池安装方向是否正确。 （2）电池安装检测仪器设计步骤 ①电路设计：画出包含电池、发光二极管、导线的电路图，明确正负极连接关系。 ②元件连接：按电路图连接器材，多次正向 / 反向安装电池，验证二极管发光状态是否符合预期。 ③现象判断： 电池正向连接（正极接二极管正极）：二极管发光，说明安装正确； 电池反向连接（正极接二极管负极）：二极管不发光，说明安装错误。 【典例3】利用电磁继电器设计的自动水位控制系统如图所示，当水池内的水位较低时，电机 M 自动启动抽水；当水位达到一定高度时，电机自动停止。下列说法正确的是（ ） A. 该控制系统的传感器是电磁铁，执行器是电机 B. 水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电机开始工作 C. 电磁继电器的工作原理是电流的磁效应，可以利用控制电路的弱电流来控制工作电路的强电流，实现自动控制 D. 若要实现 “水位降低时抽水，水位过高时报警”，则只需将工作电路中的电机替换为报警灯即可 【变式1】小明制作了一个会“发光的二极管”，其电路简图如图所示。二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。演示时，左右动塑料管，这时会看见两只发光二极管交替发光。以下说法中，不正确的是（　　） A．发生该现象的原理是电磁感应 B．二极管发光时，图中的条形磁体相当于电源 C．二极管交替发光说明线圈中产生了交流电 D．在该过程中，机械能转化成了电能 【变式2】学校车棚的照明系统计划进行智能化改造，要求实现 “天黑且车棚内有人时自动亮灯，其他情况均不亮灯” 的功能。小组同学设计了如下方案，其中合理的是（ ） A. 将光敏电阻和声控开关并联后，再与电灯串联接入电路 B. 将光敏电阻和声控开关串联后，再与电灯串联接入电路 C. 使用两个继电器，将光敏电阻接入第一个继电器的控制电路来控制常开触点，将声控开关和第一个继电器的常开触点串联后接入第二个继电器的控制电路，电灯由第二个继电器的常开触点控制 D. 使用两个继电器，将光敏电阻和声控开关并联后接入第一个继电器的控制电路，将第一个继电器的常开触点与第二个继电器的控制电路串联，电灯由第二个继电器的常开触点控制 【变式3】声光控楼道灯既能满足照明需要，又能最大限度地节约电能。如图所示为楼道灯的声光控制原理图，下列有关叙述，错误的是（ ）。 A. 其控制目标是楼道灯在白天不亮灯，而在夜晚有人经过时才亮灯 B. 延时电路的作用是夜晚楼道有人经过时能持续照明一段时间 C. 为使控制电路正常工作，还必须为整个控制电路提供低压工作电源 D. 该电路中的传感器包括声控电路、延时电路、光控电路三部分 【巩固训练】 1.关于自动控制系统，下列说法正确的是（ ） A. 系统中可以没有传感器 B. 系统在整个工作过程中不需要任何能量 C. 系统通过 “检测→判断→执行” 的基本模式工作 D. 系统一旦设定就无法改变 2.以下操作系统，不属于自动控制的是（ ） A. 自动感应的楼梯灯 B. 商店门口自动问好的机器人 C. 搜救溺水者的机器人 D. 空调的遥控器 3.一个最简单的自动控制系统，通常不包含以下哪个部分？（ ） A. 控制器 B. 执行器 C. 传感器 D. 人工操作员 4.小明快速跑步一段距离到达了体检的场地，用心电监护仪测出的心率是 120 次 / 分。心电监护仪是一种用于监测患者心电图的医疗设备，它通常由一个传感器、一个主机和一个屏幕组成，可以通过导线连接至患者的身体。传感器通过粘贴在患者胸部的电极片采集心率信号，主机对信号进行处理并显示在屏幕上，以便医护人员实时监测患者的心电状况。下列关于数据、信息和知识的说法，不正确的是（ ） A. 传感器负责收集信息 B. 主机负责处理信息 C. 传感器以振动的形式把心跳传递给主机 D. 最终屏幕呈现的 120 次 / 分是信息转换和处理的结果 5.下列设备中，没有用到传感器的是（ ） A. 自动感应门：当人走近时，门会自动打开 B. 声控灯：在黑暗中听到拍手声或脚步声就会亮起 C. 电子体温计：靠近额头或放入耳朵，“嘀” 一声就能显示体温 D. 机械式开关台灯：通过手动按下按钮来控制灯的亮灭 6.冰箱自动控制系统与人类的神经系统工作有很多相似之处，该系统由传感器、控制器、执行调节机构组成。传感器就是感受被调参数的大小，并及时发出信号给控制器；控制器接受后通过计算、分析、给出具体的调节量；由执行调节机构进行驱动。人体反射活动的结构基础是______，自动控制系统中的 “传感器” 相当于其中的______。 7.太阳能热水器控制系统的结构如图所示，真空管集热器利用太阳能将储水箱中的水加热后供用户使用。热水器带有水位自动控制系统和定时电加热控制系统，当阳光不足或用水量过大时，可在设定的时间自动启动电加热器对储水箱中的水加热。当储水箱中的水位低于最低水位时能自动补水，水位达到最高水位时能自动停止进水，当储水箱中缺水时系统发出报警信号。请根据描述回答下列问题。 (1) 对该系统进行子系统的划分，下列选项中合理的是______（填字母）。 A. 进水控制子系统、集热子系统、缺水报警子系统 B. 水位控制子系统、加热控制子系统、缺水报警子系统 C. 水位控制子系统、缺水报警子系统、电热辅子系统 (2) 缺水报警子系统输入的信息和操作执行的对象分别是______和______。（填字母） A. 设定的水位 B. 缺水信号 C. 报警装置 D. 电子开关 (3) 下列关于该太阳能热水器的分析正确的是______（填字母）。 A. 利用太阳的能量将水加热，体现了设计的可持续发展原则 B. 因为当储水箱中的水位低于最低水位时能自动补水，缺水时的报警功能可以省去 C. 电加热丝应安装在高水位探头附近 8.小明制作了如图甲所示的电磁跷跷板参加学校的科技节活动，该电磁跷跷板是在两端封闭的透明塑料管中放有一块磁性很强的磁铁，塑料管外绕有金属丝作为线圈，在线圈两端并联两只发光二极管，其电路如图乙所示。二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。演示时，将塑料管上下翘动，磁铁便在线圈中左右移动，相当于线圈导体在磁场中做切割磁感线运动，这时会看见两只发光二极管轮流发光。 请回答下列问题： (1) 电磁跷跷板中发光二极管轮流发光是根据________原理工作的，________（填 “电动机” 或 “发电机”）也是根据这一原理工作的。 (2) 电磁跷跷板上下翘动时，为什么发光二极管会轮流发光？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5章 控制系统与工程 目录 目录 1 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1 自动控制系统 2 知识点2 设计和制作控制系统 6 【巩固训练】 10 【学习目标】 1. 科学观念 （1）理解自动控制的概念，掌握自动控制系统的组成与工作流程。 （2）认识常见传感器、电子元器件的功能及典型应用场景。 2. 科学思维 （1）能拆解生活中的自动控制案例，分析 “信息收集 — 处理 — 执行” 的工作逻辑。 （2）能分析传感器协同控制的原理，判断控制电路的工作状态。 3. 探究实践 （1）能设计并制作简单的自动控制装置（如电池安装检测仪），完成电路搭建与测试。 （2）能根据控制需求，选择合适的传感器和元器件，优化控制方案。 4. 态度责任 （1）体会自动控制技术的应用价值，树立技术服务生活的创新意识。 （2）认识工程设计的系统性，培养严谨、安全的技术实践态度。 重点： 1.自动控制系统的组成（信息收集、处理、执行）与工作流程 2.常见传感器（光敏、声敏等）、电子元器件的功能与应用 3.自动控制电路的设计与制作（如电池状态检测装置） 难点： 1.自动控制 “信息收集 — 处理 — 执行” 流程的理解与应用 2.传感器协同控制的原理分析 3.简单自动控制电路的设计、搭建与调试 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 自动控制系统 1. 自动控制的概念与应用 （1）定义：机器或装置能根据预设要求，自主收集信息、做出判断并完成操作，达到预期效果，区别于人工控制。 （2）流程：信息收集 → 信息处理 → 执行操作 （3）应用场景： 生活：楼道声光控灯、商店自动门、智能家居（指纹锁、人脸识别） 工业：汽车焊接机器人、自动化生产设备、无人救援机械 2. 自动控制系统的三大组成 组成部分 功能描述 信息收集系统 用传感器（如光敏、声敏、热敏）采集环境或状态信息，转化为电信号 信息处理系统 由 CPU或控制器接收信号，分析判断并发出控制指令（无法直接穿过障碍，只能绕行） 执行操作系统 由电机、机械装置等执行指令，完成动作（如开门、关灯、改变运行路线） 3. 传感器的分类与应用 传感器类型 对应人体感官 功能描述 典型应用场景 光敏传感器 眼（视觉） 收集光照信息 路灯自动控制、楼道灯白天关闭 声敏传感器 耳（听觉） 收集声音信息 楼道声控灯、噪声监测仪 气敏传感器 鼻（嗅觉） 收集气味或气体成分信息 空气质量监测、酒精检测仪 压敏或温敏传感器 皮肤（触觉） 收集压力、温度信息 电子秤、温控器、空调温度调节 化学传感器 舌（味觉） 收集化学分子特征信息 环境监测、水质检测 【典例1】家用冰箱是一个自动控制系统。当冰箱内温度高于设定值时，压缩机开始工作；当温度达到设定值时，压缩机停止工作。在这个系统中，被控对象是（ ） A. 温度设定按钮 B. 冰箱内的空气 C. 温度传感器 D. 压缩机 【答案】B 【解析】A. 温度设定按钮：这是系统的输入装置，用来设定目标温度，不是被控制的对象，故 A 错误。 B. 冰箱内的空气：系统的控制目标是让冰箱内的温度（空气温度）稳定在设定值，压缩机的启停都是为了调节冰箱内空气的温度，因此冰箱内的空气是被控对象，故 B 正确。 C. 温度传感器：这是系统的检测装置（传感器），负责采集温度信号，不是被控对象，故 C 错误。 D. 压缩机：这是系统的执行器，负责执行制冷动作，不是被控对象，故 D 错误。 综上，正确答案为 B。 【变式1】公共厕所的自动冲水装置，当人离开后，红外传感器检测不到人体信号，便会触发阀门冲水。这个系统的控制器是（ ） A. 人 B. 红外传感器 C. 控制电路板 D. 冲水阀门 【答案】C 【解析】A. 人：人是触发控制的外部因素，不是控制系统的组成部件，更不是控制器，故 A 错误。 B. 红外传感器：它是系统的传感器，负责检测人体信号，不具备逻辑控制功能，故 B 错误。 C. 控制电路板：它接收红外传感器的信号，判断 “人已离开” 后，向冲水阀门发出 “打开冲水” 的指令，符合控制器的定义，故 C 正确。 D. 冲水阀门：它是系统的执行器，负责执行冲水动作，不是控制器，故 D 错误。 综上，正确答案为 C。 【变式2】如图所示为 5G 无线防盗报警器，能 360° 旋转摄影，当有人进入摄像头拍摄范围时，能自动摄影并向主人手机发送视频报警提醒，方便识别，保留证据。该控制系统的控制手段和控制方式属于（ ） A. 手动控制、开环控制 B. 自动控制、开环控制 C. 自动控制、闭环控制 D. 手动控制、闭环控制 【答案】B 【解析】手动控制：控制过程需要人全程直接参与操作，由人发出控制指令。 自动控制：控制过程无需人直接参与，由系统根据预设逻辑自动完成控制动作。 本题中，防盗报警器在有人进入拍摄范围时，自动完成摄影和发送报警提醒的动作，不需要人直接操作，因此属于自动控制，排除选项 A、D。 开环控制：系统的输出（控制结果）不会反过来影响控制过程，不存在反馈环节。 闭环控制：系统通过传感器检测输出结果，并将结果反馈给控制器，控制器根据反馈调整控制动作，存在反馈环节。 本题中，报警器的控制逻辑是 “有人进入范围→触发摄影、发提醒”，整个过程中，系统不会根据 “是否成功发送提醒”“是否拍到清晰视频” 等输出结果，调整后续的控制动作，没有反馈环节，因此属于开环控制，排除选项 C。 综上，该系统属于自动控制、开环控制，正确答案为 B。 【变式3】如图所示是一个农业温室。要设计该温室的温度自动控制系统，该系统中不需要用到的器件是（ ） A. 安全监控摄像头 B. 温度传感器 C. 加热器 D. 温度控制器 【答案】A 【解析】传感器：检测温度信号（如温度传感器） 控制器：接收信号、处理并发出指令（如温度控制器） 执行器：执行控制动作，调节温度（如加热器） 被控对象：温室内部环境 A. 安全监控摄像头：它的功能是安防监控，与 “温度自动控制” 的逻辑无关，不参与温度的检测、控制或调节，因此是不需要的器件。 B. 温度传感器：是系统的核心传感器，负责实时检测温室温度，必须用到。 C. 加热器：是系统的执行器，当温度低于设定值时，接收控制器指令启动加热，必须用到。 D. 温度控制器：是系统的核心控制单元，接收传感器信号并向加热器发出启停指令，必须用到。 综上，不需要用到的器件是 A。 知识点2 设计和制作控制系统 1. 常见电子元器件功能 元器件名称 核心功能 典型应用场景 光敏电阻器 光照增强，电阻减小 楼道灯区分白天或夜晚 电容器 储存或释放电荷 电路电荷管理、滤波稳压 二极管 单向导电（正向导通、反向截止） 控制电流方向、电路保护 发光二极管（LED） 正向导通时发光，反向截止时不发光 电源指示灯、电路状态指示 继电器 接收控制信号，控制强电通断 电机启停控制、空调模式切换 集成电路（CPU） 信息逻辑判断、运算处理 控制系统的信息处理核心 2. 简易电池传感器设计 （1）核心原理：二极管的单向导电性 电流从二极管正极流向负极时，二极管导通发光；反向连接时，二极管截止不发光，可用来判断电池安装方向是否正确。 （2）电池安装检测仪器设计步骤 ①电路设计：画出包含电池、发光二极管、导线的电路图，明确正负极连接关系。 ②元件连接：按电路图连接器材，多次正向 / 反向安装电池，验证二极管发光状态是否符合预期。 ③现象判断： 电池正向连接（正极接二极管正极）：二极管发光，说明安装正确； 电池反向连接（正极接二极管负极）：二极管不发光，说明安装错误。 【典例3】利用电磁继电器设计的自动水位控制系统如图所示，当水池内的水位较低时，电机 M 自动启动抽水；当水位达到一定高度时，电机自动停止。下列说法正确的是（ ） A. 该控制系统的传感器是电磁铁，执行器是电机 B. 水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电机开始工作 C. 电磁继电器的工作原理是电流的磁效应，可以利用控制电路的弱电流来控制工作电路的强电流，实现自动控制 D. 若要实现 “水位降低时抽水，水位过高时报警”，则只需将工作电路中的电机替换为报警灯即可 【答案】C 【解析】选项 A 分析传感器的作用是检测被控量（水位）的变化并转化为电信号，本系统中是水池内的电极（A、B）检测水位变化，而非电磁铁；电磁铁是控制电路的核心元件，不是传感器。执行器是电机，但前半句错误，故 A 错误。选项 B 分析当水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁向下，使电机所在的工作电路断开，电机停止工作（而非开始工作），故 B 错误。选项 C 分析电磁继电器的工作原理是电流的磁效应（通电导体周围存在磁场），它的核心作用是用控制电路的弱电流（低压），间接控制工作电路的强电流（高压），从而实现自动控制和安全隔离，故 C 正确。选项 D 分析若仅将电机替换为报警灯，当水位过高时，控制电路接通、衔铁吸下，工作电路断开，报警灯反而不亮；而水位降低时控制电路断开、衔铁弹起，报警灯接通发光，与 “水位过高时报警” 的需求相反。要实现该功能，需要将报警灯接在衔铁吸下时接通的触点上，或调整电路连接方式，仅替换电机无法实现，故 D 错误。综上，正确答案为 C。 【变式1】小明制作了一个会“发光的二极管”，其电路简图如图所示。二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。演示时，左右动塑料管，这时会看见两只发光二极管交替发光。以下说法中，不正确的是（　　） A．发生该现象的原理是电磁感应 B．二极管发光时，图中的条形磁体相当于电源 C．二极管交替发光说明线圈中产生了交流电 D．在该过程中，机械能转化成了电能 【答案】B 【解答】解：A、D、左右摇动塑料管时，塑料管中的磁铁来回运动，使线圈相对于磁铁做切割磁感线运动产生感应电流，所以发光二极管轮流发光是根据电磁感应原理工作的，发电机也是根据这一原理工作的，这一过程将机械能转化为电能。故AD正确； B、二极管发光时，图中的条形磁体和线圈相当于电源，条形磁铁在磁场中做切割磁感线运动时才会产生感应电流，只有条形磁铁不是电源。故B错误； C、二极管具有单向导电性，两个二极管交替发光，说明电路中的电流方向是交替变化的，所以是交流电。故C正确。 故选：B。 【变式2】学校车棚的照明系统计划进行智能化改造，要求实现 “天黑且车棚内有人时自动亮灯，其他情况均不亮灯” 的功能。小组同学设计了如下方案，其中合理的是（ ） A. 将光敏电阻和声控开关并联后，再与电灯串联接入电路 B. 将光敏电阻和声控开关串联后，再与电灯串联接入电路 C. 使用两个继电器，将光敏电阻接入第一个继电器的控制电路来控制常开触点，将声控开关和第一个继电器的常开触点串联后接入第二个继电器的控制电路，电灯由第二个继电器的常开触点控制 D. 使用两个继电器，将光敏电阻和声控开关并联后接入第一个继电器的控制电路，将第一个继电器的常开触点与第二个继电器的控制电路串联，电灯由第二个继电器的常开触点控制 【答案】C 【解析】题目要求实现天黑（光敏条件）且有人（声控条件）同时满足，灯才亮；任一条件不满足，灯不亮，即两个条件必须同时触发，电路才导通。 A ：光敏电阻和声控开关并联后再与电灯串联： 并联电路中，只要其中一个开关导通（比如白天但有人，或天黑但没人），电路就会接通，灯就会亮。 不符合 “两个条件必须同时满足” 的要求，故 A 错误。 B ：光敏电阻和声控开关串联后再与电灯串联： 理论上，串联电路需要两个开关同时导通才会通电，看似满足 “与逻辑”。 但实际工程中，光敏电阻和声控开关都是弱信号控制元件，直接串联在主电路中，存在电压、电流匹配问题，且安全性差（无法实现强弱电隔离），实际无法稳定可靠工作。 故 B 错误。 C ：采用两个继电器实现分级控制： 第一个继电器：由光敏电阻控制。天黑时，光敏电阻阻值变化使第一个继电器的控制电路导通，其常开触点闭合；白天时，触点断开。 第二个继电器：控制电路由 “声控开关 + 第一个继电器的常开触点” 串联组成。只有当第一个触点闭合（天黑），且声控开关触发（有人）时，第二个继电器的控制电路才导通，其常开触点闭合，电灯点亮。 任一条件不满足时，第二个继电器的控制电路无法导通，电灯不亮，完全符合题目要求。 故 C 正确。 D ：光敏电阻和声控开关并联后接入第一个继电器的控制电路： 只要其中一个条件满足（天黑或有人），第一个继电器的控制电路就会导通，其常开触点闭合，进而使第二个继电器控制电灯点亮。 故 D 错误。 综上，合理的方案为 C。 【变式3】声光控楼道灯既能满足照明需要，又能最大限度地节约电能。如图所示为楼道灯的声光控制原理图，下列有关叙述，错误的是（ ）。 A. 其控制目标是楼道灯在白天不亮灯，而在夜晚有人经过时才亮灯 B. 延时电路的作用是夜晚楼道有人经过时能持续照明一段时间 C. 为使控制电路正常工作，还必须为整个控制电路提供低压工作电源 D. 该电路中的传感器包括声控电路、延时电路、光控电路三部分 【答案】D 【解析】A ：声光控楼道灯的核心控制逻辑，就是利用光控电路识别 “白天 / 黑夜”，声控电路识别 “是否有人经过”，实现 “白天不亮、夜晚有人时亮灯” 的节能目标。因此 A 的描述正确。 B ：延时电路的设计目的，是在声控触发（有人经过）后，让灯持续点亮一段时间再熄灭，避免人刚走灯就灭，影响通行安全。因此 B 的描述正确。 C ：控制电路中的逻辑控制、电子开关、传感器等元件，都需要低压直流电源供电才能正常工作（通常为几伏到十几伏），而照明灯一般使用市电，因此控制电路必须单独提供低压工作电源。因此 C 的描述正确。 D ：传感器的核心作用是检测外界信号并转换为电信号，本电路中只有声控电路（检测声音）和光控电路（检测光照强度）属于传感器；而延时电路是对信号进行处理的控制元件，不属于传感器。因此 D 的描述错误。 综上，错误的叙述为 D。 【巩固训练】 1.关于自动控制系统，下列说法正确的是（ ） A. 系统中可以没有传感器 B. 系统在整个工作过程中不需要任何能量 C. 系统通过 “检测→判断→执行” 的基本模式工作 D. 系统一旦设定就无法改变 【答案】 C 【解析】 A：传感器是自动控制系统获取信号的核心部件，无论开环或闭环控制都需要传感器，因此系统不能没有传感器，A 错误。 B：控制系统的控制器、执行器（如电机、阀门）工作都需要能量，不存在完全无能量的系统，B 错误。 C：自动控制系统的基本工作逻辑为 “传感器检测信号→控制器判断处理→执行器执行动作”，即检测→判断→执行模式，C 正确。 D：系统的设定值（如温度、模式）通常可通过操作面板、遥控器修改，并非无法改变，D 错误。 2.以下操作系统，不属于自动控制的是（ ） A. 自动感应的楼梯灯 B. 商店门口自动问好的机器人 C. 搜救溺水者的机器人 D. 空调的遥控器 【答案】D 【解析】自动控制的核心是无需人工直接参与，系统按预设逻辑自动完成控制动作： A：声控或光控楼梯灯无需人工操作，自动感应亮灭，属于自动控制。 B：感应到顾客后自动问好的机器人，无需人工干预，属于自动控制。 C：按预设程序自动执行搜救任务的机器人，属于自动控制。 D：空调遥控器需要人工主动按键发送指令，空调才会执行动作，属于手动控制，不属于自动控制。 3.一个最简单的自动控制系统，通常不包含以下哪个部分？（） A. 控制器 B. 执行器 C. 传感器 D. 人工操作员 【答案】D 【解析】自动控制系统的核心组成包括：传感器（检测信号）、控制器（处理信号）、执行器（执行动作），以及被控对象。 “人工操作员” 是手动控制的组成部分，自动控制系统的定义就是无需人工直接参与控制过程，因此最简单的自动控制系统不包含人工操作员。 4.小明快速跑步一段距离到达了体检的场地，用心电监护仪测出的心率是 120 次 / 分。心电监护仪是一种用于监测患者心电图的医疗设备，它通常由一个传感器、一个主机和一个屏幕组成，可以通过导线连接至患者的身体。传感器通过粘贴在患者胸部的电极片采集心率信号，主机对信号进行处理并显示在屏幕上，以便医护人员实时监测患者的心电状况。下列关于数据、信息和知识的说法，不正确的是（ ） A. 传感器负责收集信息 B. 主机负责处理信息 C. 传感器以振动的形式把心跳传递给主机 D. 最终屏幕呈现的 120 次 / 分是信息转换和处理的结果 【答案】 C 【解析】 A：传感器通过电极片采集心率信号，本质就是收集原始数据 / 信息，描述正确。 B：主机接收传感器的信号，进行放大、计算、分析等处理，描述正确。 C：传感器采集到的心跳信号，是通过电信号（心电信号）的形式，经导线传递给主机，而非 “振动的形式”，描述错误。 D：主机将原始心电信号处理、转换后，在屏幕上呈现为 “120 次 / 分” 的心率数值，是信息转换和处理的结果，描述正确。 5.下列设备中，没有用到传感器的是（ ） A. 自动感应门：当人走近时，门会自动打开 B. 声控灯：在黑暗中听到拍手声或脚步声就会亮起 C. 电子体温计：靠近额头或放入耳朵，“嘀” 一声就能显示体温 D. 机械式开关台灯：通过手动按下按钮来控制灯的亮灭 【答案】D 【解析】传感器的核心作用是自动检测外界信号（如人体、声音、温度）并转换为电信号，实现自动控制。 A：自动感应门使用红外或微波传感器检测人体信号，用到了传感器。 B：声控灯使用声敏传感器（麦克风）检测声音信号，用到了传感器。 C：电子体温计使用温度传感器检测体温信号，用到了传感器。 D：机械式开关台灯通过手动按下按钮控制通断，全程无需检测外界信号，没有用到传感器。 6.冰箱自动控制系统与人类的神经系统工作有很多相似之处，该系统由传感器、控制器、执行调节机构组成。传感器就是感受被调参数的大小，并及时发出信号给控制器；控制器接受后通过计算、分析、给出具体的调节量；由执行调节机构进行驱动。人体反射活动的结构基础是______，自动控制系统中的 “传感器” 相当于其中的______。 【答案】 反射弧；感受器 【解析】 人体反射活动的结构基础是反射弧，完整的反射弧由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器组成，这是反射发生的必要结构。 自动控制系统中的 “传感器” 负责感受外界信号（如冰箱内温度）并转化为可被控制器识别的电信号；反射弧中的 “感受器” 负责感受外界刺激（如温度、压力）并产生神经冲动，二者功能完全对应，都是信号的 “接收与转换端”。 7.太阳能热水器控制系统的结构如图所示，真空管集热器利用太阳能将储水箱中的水加热后供用户使用。热水器带有水位自动控制系统和定时电加热控制系统，当阳光不足或用水量过大时，可在设定的时间自动启动电加热器对储水箱中的水加热。当储水箱中的水位低于最低水位时能自动补水，水位达到最高水位时能自动停止进水，当储水箱中缺水时系统发出报警信号。请根据描述回答下列问题。 (1) 对该系统进行子系统的划分，下列选项中合理的是______（填字母）。 A. 进水控制子系统、集热子系统、缺水报警子系统 B. 水位控制子系统、加热控制子系统、缺水报警子系统 C. 水位控制子系统、缺水报警子系统、电热辅子系统 (2) 缺水报警子系统输入的信息和操作执行的对象分别是______和______。（填字母） A. 设定的水位 B. 缺水信号 C. 报警装置 D. 电子开关 (3) 下列关于该太阳能热水器的分析正确的是______（填字母）。 A. 利用太阳的能量将水加热，体现了设计的可持续发展原则 B. 因为当储水箱中的水位低于最低水位时能自动补水，缺水时的报警功能可以省去 C. 电加热丝应安装在高水位探头附近 【答案】 (1) B (2) B； C (3) A 【解析】 (1) 系统子系统划分需匹配核心功能： 水位控制子系统：对应 “水位低于最低自动补水、达到最高自动停止进水” 的功能； 加热控制子系统：对应 “阳光不足或用水量大时定时电加热” 的功能； 缺水报警子系统：对应 “储水箱缺水时发出报警信号” 的功能。 选项 B 完整覆盖了题目描述的三大核心控制功能，划分合理；选项 A 的 “进水控制子系统” 表述不精准，选项 C 的 “电热辅子系统” 未体现定时控制的核心逻辑，故排除。 (2) 缺水报警子系统的逻辑： 输入信息：由水位传感器检测到的 “缺水信号”（选项 B）； 执行对象：接收信号后触发的 “报警装置”（选项 C）。 设定的水位（A）是水位控制子系统的输入参数，电子开关（D）是控制进水的执行部件，均与缺水报警子系统无关。 (3) 选项分析： A：太阳能是可再生清洁能源，利用太阳能加热水减少了化石能源消耗，体现了可持续发展原则，正确。 B：自动补水可能因故障失效（如停水、阀门损坏），缺水报警功能是安全冗余设计，不能省去，错误。 C：电加热丝应安装在储水箱底部（低水位探头附近），若安装在高水位探头附近，水位低于探头时加热丝会暴露在空气中，易因干烧损坏，错误。 8.小明制作了如图甲所示的电磁跷跷板参加学校的科技节活动，该电磁跷跷板是在两端封闭的透明塑料管中放有一块磁性很强的磁铁，塑料管外绕有金属丝作为线圈，在线圈两端并联两只发光二极管，其电路如图乙所示。二极管具有单向导电性，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。演示时，将塑料管上下翘动，磁铁便在线圈中左右移动，相当于线圈导体在磁场中做切割磁感线运动，这时会看见两只发光二极管轮流发光。 请回答下列问题： (1) 电磁跷跷板中发光二极管轮流发光是根据________原理工作的，________（填 “电动机” 或 “发电机”）也是根据这一原理工作的。 (2) 电磁跷跷板上下翘动时，为什么发光二极管会轮流发光？ 【答案】 (1) 电磁感应；发电机 (2) 当磁铁向不同方向运动时，线圈切割磁感线的方向发生改变，产生的感应电流方向也随之改变；而二极管具有单向导电性，电流方向改变时，只有与电流方向匹配的那只二极管会导通发光，因此两只二极管会轮流发光。 【解析】 (1)塑料管上下翘动时，磁铁在线圈中左右移动，线圈导体切割磁感线产生电流，这是电磁感应现象，是将机械能转化为电能的过程。 发电机的工作原理正是电磁感应，将机械能转化为电能；而电动机的原理是通电导体在磁场中受力运动，将电能转化为机械能。 (2)磁铁左右移动时，线圈切割磁感线的运动方向发生改变，根据电磁感应规律，感应电流的方向也会随之改变。 两只发光二极管反向并联，且二极管具有单向导电性（电流只能从正极流入、负极流出）。当感应电流方向改变时，只有与电流方向一致的那只二极管能导通发光，另一只则因反向截止而不亮，因此会出现轮流发光的现象。 / 学科网（北京）股份有限公司 $