第2节 设计和制作控制系统（培优教学课件）科学新教材浙教版八年级下册

该初中科学课件聚焦自动控制系统的设计与制作，核心知识点包括传感器、处理器、执行器组成，光敏电阻、二极管等元件特性及电路设计流程。课堂导入从空调控温、无人驾驶等智能设备现象切入，对比传统人工控制的滞后与局限，搭建从生活到原理的学习支架。 其亮点在于以科学观念（元件功能与控制原理）和探究实践（动手制作）为核心，通过“测试发光二极管正负极”“设计电池安装检测电路”等活动，结合例题分析指示灯状态，强化科学思维。总结按工程流程梳理，学生提升实践能力与工程意识，教师获得结构化教学资源与实践指导。

八年级下册•浙教版 第五章 控制系统与工程 第2节 设计和制作控制系统 导入新课 你有没有想过，身边的“智能设备”是如何实现的？为什么空调能自动保持在26℃？无人驾驶汽车如何看懂路况，自己刹车和转向？ 物理观念 （1）认识光敏电阻、二极管、发光二极管等常用元件，知道它们的功能。 （2）理解自动控制系统的制作流程，掌握二极管单向导电性。 科学思维 （1）能根据元件特性，分析指示电路的工作状态。 （2）能结合控制需求，推理电路通断与指示灯变化关系。 科学探究 （1）能连接电池传感器电路，测试二极管正负极与发光情况。 （2）能根据现象判断电路工作状态，排查简单故障。 科学态度 与责任 （1）体验设计制作控制系统的过程，形成工程思维。 （2）认识自动控制技术的价值，树立安全规范操作意识。 学习目标 重点难点 重点 光敏电阻、二极管、发光二极管的特性与作用 二极管单向导电性及应用 电池传感器电路的设计与工作原理 难点 理解发光二极管的单向导电与电路状态指示 简单自动控制电路的分析与连接 1. 设计和制作自动控制系统 2. 课堂总结 3. 练习与应用 学习内容 5 一、设计和制作自动控制系统 第2节 设计和制作控制系统 6 一、设计和制作自动控制系统 什么是自动控制？ 响应滞后：人眼看到 -> 大脑思考 -> 手脚动作，存在延迟。 局限性：无法进入极端危险环境（如火场、深海）。 全天候：需要人时刻在场操作。 传统控制方式 （传统人工控制） 7 自动控制系统 传感器（Sensor） 负责感知环境（光、声...） 还记得吗？一个自动控制系统，就像一个紧密配合的团队！ 处理器（Processor） 根据信息做出判断和决定 执行器（Actuator） 执行命令，完成具体动作 一、设计和制作自动控制系统 8 自动控制电路中的元器件 电子元件的种类非常多，每种元件都有其用途，承担一定的功能。常见的电子元件有电阻器、二极管、电容器、变压器等。 一、设计和制作自动控制系统 9 电路符号 光敏电阻 自动控制电路中的元器件 功能：感知光线强弱 特点：光越强，电阻越小 特性：“光感之眼” 一、设计和制作自动控制系统 10 电路符号 发光二极管 自动控制电路中的元器件 功能：将电能转化为光能 特点：电流只能单向通过，有正负极之分 特性：“单向行驶的光源” 一、设计和制作自动控制系统 11 电路符号 二极管 自动控制电路中的元器件 功能：只允许电流单向通过 特点：单向导电性 特性：“电流的阀门” 一、设计和制作自动控制系统 12 电路符号 变压器 自动控制电路中的元器件 功能：可升高或降低电压 特点：利用电磁感应原理，有原线圈和副线圈 特性：“电压的魔术师” 一、设计和制作自动控制系统 13 电路符号 电容器 自动控制电路中的元器件 功能：储存电荷 特点：充电与放电 特性：“迷你充电宝” 一、设计和制作自动控制系统 14 电路符号 扬声器 自动控制电路中的元器件 功能：将电信号转为声信号 特点：发出声音 特性：“电路好声音” 一、设计和制作自动控制系统 15 电路符号 集成电路（IC） 自动控制电路中的元器件 功能：信息处理和判断 特点：高度集成，功能复杂 特性：“超级大脑” 电路符号 扬声器 (IC) 一、设计和制作自动控制系统 16 如图所示的空调控制电路板中，你能认出哪些元件？列出清单，并标注元件在电路板中的位置。 探索活动 一、设计和制作自动控制系统 17 探索活动 IC 变压器 电容器 光敏电阻 二极管 扬声器 发光 二极管 你是否注意过电视机待机时亮红灯、开机后变绿灯？充电器在充电和充满时也会变换指示灯颜色。这些小小的灯光，其实是电源状态的“指示器”。它们如何工作？又传递了哪些信息？ 一、设计和制作自动控制系统 18 电池传感器的设计与制作 你是否注意过电视机待机时亮红灯、开机后变绿灯？充电器在充电和充满时也会变换指示灯颜色。这些小小的灯光，其实是电源状态的“指示器”。它们如何工作？又传递了哪些信息？ 一、设计和制作自动控制系统 19 问题 电池传感器可以监测电池安装是否正确，是否正确地连接了电源。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。 电池传感器的设计与制作 一、设计和制作自动控制系统 20 过程｜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）把发光二极管两根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）。 电池传感器的设计与制作 一、设计和制作自动控制系统 21 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。 电池传感器的设计与制作 一、设计和制作自动控制系统 22 电路制作与探究 如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。 电池传感器的设计与制作 （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。 一、设计和制作自动控制系统 23 （4）绿灯亮表示电路处于__________（填“待机”或“工作”）状态，红灯亮表示电路处于__________（填“待机”或“工作”）状态。 （5）从实验现象中你获得了哪些认识？ 电池传感器的设计与制作 人工智能是从现代控制理论发展起来的，以计算机科学为基础，由计算机、心理学、哲学、语言学等多学科交叉融合的新兴交叉学科，它主要研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统。人工智能的目标是了解人类智能的实质，并生产出能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语音识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 一、设计和制作自动控制系统 24 科学·技术·社会·环境｜人工智能 人工智能是从现代控制理论发展起来的，以计算机科学为基础，由计算机、心理学、哲学、语言学等多学科交叉融合的新兴交叉学科，它主要研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统。人工智能的目标是了解人类智能的实质，并生产出能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语音识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 一、设计和制作自动控制系统 25 科学·技术·社会·环境｜人工智能 人工智能几乎涉及自然科学和社会科学的所有学科，其研究范围已远远超出了传统的计算机科学的范畴。人工智能广泛应用于机器人、自动驾驶技术、智能制造等。目前的人工智能技术已有相当强的自主能力，能够模拟人的很多行为。人工智能技术应用的广泛性标志着自动控制技术已经发展到新的阶段，也是国家竞争力的重要标志。 一、设计和制作自动控制系统 26 【例题一】如图所示为带有电路状态指示的简易工作电路，两个发光二极管可指示电路的待机状态和工作状态。下列有关分析，正确的是（ ）。 A. 红色发光二极管发光时表示电路处于工作状态 B. 绿色发光二极管发光时表示电路处于工作状态 C. 两个发光二极管都发光时表示电路处于待机状态 D. 两个发光二极管都不发光时表示电路处于待机状态 B 一、设计和制作自动控制系统 27 【解析】 【答案】B 【解析】 二极管具有单向导电性，电流只能从正极流入、负极流出，我们分两种状态分析电路： 待机状态（开关断开），此时电流路径为：电源正极 → 红色发光二极管 → 电源负极。电流方向与红色二极管的导通方向一致，因此红色二极管发光；而绿色二极管因处于反向截止状态，不发光。 工作状态（开关闭合），此时电流优先通过开关和灯泡，同时，电流也会经过绿色发光二极管：电流方向与绿色二极管的导通方向一致，因此绿色二极管发光；红色二极管被开关短路，两端无电压差，不发光。 A：红色发光二极管发光时，开关处于断开状态，电路处于待机状态，不是工作状态，A 错误。 B：绿色发光二极管发光时，开关处于闭合状态，电路处于工作状态，B 正确。 C：两个二极管的导通方向相反，电路中不存在让两者同时导通的状态，不可能同时发光，C 错误。 D：待机状态时红色二极管会发光，不是都不发光，D 错误。 综上，正确答案是B。 一、设计和制作自动控制系统 28 二、课堂总结 第2节 设计和制作控制系统 三、课堂总结 三、练习与应用 第2节 设计和制作控制系统 1. 传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法，正确的是（ ） A. 走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器 B. 各种传感器的功能是按中央控制器的指令完成操作 C. 非触摸式自动水龙头（自动感应水龙头）应用的传感器是压力传感器 D. 电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断 D 三、练习与应用 32 【解析】 【答案】D 【解析】 A：走廊声控开关应用了声传感器，但红外报警装置应用的是红外传感器，不是声传感器，A 错误。 B：传感器的功能是检测外界信号并转换为电信号，而非按控制器指令完成操作；按指令完成操作的是执行器，B 错误。 C：非触摸式自动水龙头应用的是红外传感器（检测人体信号），不是压力传感器，C 错误。 D：电熨斗中的双金属片温度传感器，会随温度变化发生形变，从而控制电路通断，实现自动控温，D 正确。 三、练习与应用 33 2. 接收传感器信号，并作出 “开启” 或 “关闭” 水阀决定的部件是（ ） A. 控制器 B. 执行器 C. 传感器 D. 被控对象 A 三、练习与应用 34 【解析】 【答案】 A 【解析】 自动控制系统各核心部件分工明确： 传感器：负责检测信号（如水位、温度）并转化为电信号； 控制器：接收传感器信号，根据预设逻辑判断并发出 “开启 / 关闭” 等控制指令； 执行器：接收控制器指令，执行具体动作（如开关水阀、调节阀门）； 被控对象：被控制的装置或过程（如水箱水位、设备温度）。 三、练习与应用 35 3. 太阳能热水器水箱水位自动控制系统中，输入量是（ ） A. 设定的水位 B. 太阳光的强弱 C. 加水的时间 D. 实际的水位 A 三、练习与应用 36 【解析】 【答案】A 【解析】 在自动控制系统中，输入量是指系统的设定目标（给定值），是控制器进行调节的参考标准。 A. 设定的水位：是水位控制系统的目标值，控制器会将实际水位与设定水位进行比较，进而控制进水阀门的开关，因此设定水位是系统的输入量，A 正确。 B. 太阳光的强弱：影响的是热水器的加热功能，与水位控制系统无关，B 错误。 C. 加水的时间：是控制过程中的变量，不是输入量，C 错误。 D. 实际的水位：是系统的输出量（被控量），也是反馈环节的信号，而非输入量，D 错误。 综上，正确答案为 A。 三、练习与应用 37 $