5.2设计和制作调整系统知识点讲练-2025-2026学年浙教版八年级下册科学

本初中科学讲义聚焦自动控制系统核心知识点，系统梳理电子元器件（电阻器、二极管等）功能、自动控制电路基本组成（传感器、控制器、执行器）及设计制作流程，构建从元器件识别到系统分析再到实践应用的学习支架。 资料以“探索-实践-应用”为主线，通过空调电路板元器件识别（科学思维）、电池安装检测电路设计（探究实践）等活动，培养学生技术与工程实践能力。课堂练习结合太阳能小车、快递分拣系统等实例，强化科学观念应用，课中辅助教学互动，课后助力知识巩固与查漏补缺。

5.1 自动控制系统识点讲练 【学习目标】 1、通过观察空调控制电路板、简易传感器等实例，归纳自动控制电路的基本组成特征，了解电子元件在控制系统中的核心作用。 2、能根据控制目标（如电池安装检测、电路状态指示）分析需求，认识电阻器、二极管、集成电路片等常见电子元器件的功能和应用场景。 3、了解控制电路的设计与制作的基本流程。理解电子技术、工程实践与控制系统需求的相互支撑关系，感知技术与工程一体化的发展逻辑。 4、开展电池传感器设计，控制电路的搭建等实践活动，体验从需求分析、方案设计、器材选型到测试改进的完整过程，提升基于证据解决实际问题。 一、自动控制的电子元器件知识讲练 电子元器件的种类非常多，每种元器件都有其用途，承担一定的功能。常见的电子元器件有电阻器、二极管、电容器、变压器等。 【探索活动】 【探索活动】 如图是空调控制电路板中，你能认出哪些元器件？列出清单，并标注元器件在电路板中的位置。 在自动控制系统中，各种 的功能是收集控制对象的各种信息，例如空调的温度传感器监测室内空气的温度、楼梯灯光敏电阻监测光的亮度（以区分白昼与夜晚）等； （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； 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、电子传感器的设计与制作 用户往往要知道一些家用电器、专业仪器上的电源是否连接上，即是否通电了。因此，一般的电器上都有一个“小灯”指示是否接通了电源，有的是红色的灯，有的是绿色的灯。这些灯的主要功能是指示电源的工作状态。 【工程实践】 电视机待机状态会亮红灯，开机状态会亮绿灯；充电器充电过程中会亮绿灯，充电完成后自动停止充电的状态会亮红灯。电器上的所有指示灯不亮，一般说明电源没有接通。这些灯就是电源工作状态自动监测的传感器。 目标 1. 学会测试和辨认发光二极管正、负极的方法。 2. 根据发光二极管的性质，设计工作状态的指示电路。 3. 根据设计的电路，连接充电器的工作指示灯电路。 器材 干电池两节，红、绿发光二极管各一个，小灯泡，开关，导线和鳄鱼夹若干。 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。 3. 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。 （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。 （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？ 课堂练习 1、下列关于太阳能小车的说法正确的是（　　） A．太阳能小车光电板属于信息收集系统 B．现阶段太阳能汽车技术非常成熟，不会对人类的出行安全造成威胁 C．为解决太阳能小车运动中的制动及转向问题，可加装控制系统 D．太阳能电板可以把太阳能转化为电能并存储起来 2、模型制作是工程设计中必不可少的环节。关于模型制作，下列说法错误的是（　　） A．制作的模型要与设计方案相一致 B．模型制作的过程可以检验设计是否合理、科学、全面 C．制作模型时，若发现有问题，应该先修改模型，再修改方案 D．制作模型时，我们要抱有乐于接受别人意见、不断反思调整的科学态度 3、如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递.上的条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。请根据示意图和描述完成1～2题。 【1】下列关于该快递分拣系统的设计与分析中不恰当的是（　　） A. 扫描仪的扫描速度会影响分拣效率 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稳定性 D. 设计系统时需根据传送带的运行速度计算出机械手的运行速度 【2】下列关于抓取子系统控制的分析中合理的是（　　） A. 扫描仪是该子系统的执行器 B. 机械手是被控对象 C. 条形码打印错误是该子系统的干扰因素 D. 扫描仪获取的信息是输入量 4、暴雨后立交桥下积水较深很不安全，学习小组为此设计了一个积水自动报警器，其原理图如图所示。图中A、B位置可以安装电铃或LED灯，要求地面没有积水时，LED灯亮，地面积水较深时，电铃响。根据设计要求，电铃应该安装在图中的___________（填“A”或“B”）位置。积水较深控制电路接通时，电磁铁的上方是它的___________(选填“N”或“S”)极。电磁继电器实质是一种___________(填“用电器”或“开关”)。 5、如图所示，是某同学设计的一个自动测定水箱内水位的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可以知道水箱内水位的高低．从图中可知：水表是由    表改装而成，当水面上升时，滑片向    滑动，滑动变阻器连入电路的电阻变    ，水位表示数变    ． 6、在“利用传感器制作简单的自动控制”实验中，简单的门窗磁控防盗报警装置示意图如图甲所示。门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA(是一个通过磁场控制的电开关，当外部有磁场靠近时，两簧片被磁化而吸合，开关导通)，并将干簧管接入报警电路。 （1）如图乙所示，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___________(选填“正极”或“负极”)。 （2）连接好电路，闭合开关S，接通电源，将磁体M靠近和离开干簧管，分别观察并记录实验现象。 实验操作 磁体M靠近干簧管 磁体M离开干簧管 实验现象 ___________ ___________ 7、如图甲所示是第四代电光源，其主要部分是高亮度白色发光二极管，由硅、砷等半导体材料制成。图乙所示为元件实物及其符号。利用图丙所示的电路可以研究发光二极管的工作特性：将一个发光二极管接入电源电压恒为3.25V的电路中，闭合开关S，发光二极管即处于导通状态。调节变阻器的滑片，改变发光二极管两端的电压和电路中的电流，记录多组电压、电流数据，可以得到电压表与电流表示数的关系，如图丁所示。请根据题干信息，完成下列问题。 （1）发光二极管主要由 ______ (填“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料制成。 （2）如图丙所示，闭合开关，发光二极管发光，电流表与电压表均有示数，此时若将滑片P慢慢向右移动，下列说法正确的是( )。 A. 滑动变阻器的阻值变小，电流表A示数变小，发光二极管变暗 B. 滑动变阻器的阻值变小，电流表A示数变大，发光二极管变亮 C. 滑动变阻器的阻值变大，电流表A示数变小，发光二极管变暗 D. 滑动变阻器的阻值变大，电流表A示数变大，发光二极管变亮 （3）)如图戊是白炽灯与LED灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例饼状图，其中，LED灯将电能主要转化为 ______ ，且LED灯的发光效率达到 ______ 。 （4）在图丙中，闭合开关S，调节滑动变阻器，使发光二极管正常发光。若断开开关S，对调发光二极管的正负极后，再闭合开关S，发光二极管 ______ (填“能”或“不能”)发光，这是因为发光二极管具有单向导电性。 8、为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，项目化小组为学校的劳动实践基地设计了一个蔬菜温室“自动温控电路”，如图甲所示。电路分控制电路和工作电路两部分，控制电路电源电压恒为6 V，R1为温敏电阻，电磁铁电阻不计，R2为电阻箱，其阻值调为90 Ω，R3为工作电路的加热电阻。要求温度控制在20~30 ℃之间。 （1）蔬菜大棚改善的主要自然条件是___________(填字母)。 A．温度 B．光照 C．水分 D．土壤 （2）控制电路电磁铁线圈上端磁极为___________极。 （3）当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到20 mA时，衔铁被弹回。热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙所示。如表所示是制定的部分评价指标。 等级 优秀 合格 待改进 评价指标 能自动控制室温在规定范围内波动 能自动控制室温升降 不能控制室温升降 请根据评价表中的指标对小组设计进行等级判定并说明依据。__________ 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.1 自动控制系统识点讲练 【学习目标】 1、通过观察空调控制电路板、简易传感器等实例，归纳自动控制电路的基本组成特征，了解电子元件在控制系统中的核心作用。 2、能根据控制目标（如电池安装检测、电路状态指示）分析需求，认识电阻器、二极管、集成电路片等常见电子元器件的功能和应用场景。 3、了解控制电路的设计与制作的基本流程。理解电子技术、工程实践与控制系统需求的相互支撑关系，感知技术与工程一体化的发展逻辑。 4、开展电池传感器设计，控制电路的搭建等实践活动，体验从需求分析、方案设计、器材选型到测试改进的完整过程，提升基于证据解决实际问题。 一、自动控制的电子元器件知识讲练 电子元器件的种类非常多，每种元器件都有其用途，承担一定的功能。常见的电子元器件有电阻器、二极管、电容器、变压器等。 【探索活动】 【探索活动】 如图是空调控制电路板中，你能认出哪些元器件？列出清单，并标注元器件在电路板中的位置。 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，例如空调的温度传感器监测室内空气的温度、楼梯灯光敏电阻监测光的亮度（以区分白昼与夜晚）等；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、电子传感器的设计与制作 用户往往要知道一些家用电器、专业仪器上的电源是否连接上，即是否通电了。因此，一般的电器上都有一个“小灯”指示是否接通了电源，有的是红色的灯，有的是绿色的灯。这些灯的主要功能是指示电源的工作状态。 【工程实践】 电视机待机状态会亮红灯，开机状态会亮绿灯；充电器充电过程中会亮绿灯，充电完成后自动停止充电的状态会亮红灯。电器上的所有指示灯不亮，一般说明电源没有接通。这些灯就是电源工作状态自动监测的传感器。 目标 1. 学会测试和辨认发光二极管正、负极的方法。 2. 根据发光二极管的性质，设计工作状态的指示电路。 3. 根据设计的电路，连接充电器的工作指示灯电路。 器材 干电池两节，红、绿发光二极管各一个，小灯泡，开关，导线和鳄鱼夹若干。 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。 3. 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。 （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。 （4）绿灯亮表示电路处于 待机 （填“待机”或“工作”）状态，红灯亮表示电路处于_工作（填“待机”或“工作”）状态。 （5）从实验现象中你获得了哪些认识？ 课堂练习 1、下列关于太阳能小车的说法正确的是（　　） A．太阳能小车光电板属于信息收集系统 B．现阶段太阳能汽车技术非常成熟，不会对人类的出行安全造成威胁 C．为解决太阳能小车运动中的制动及转向问题，可加装控制系统 D．太阳能电板可以把太阳能转化为电能并存储起来 【答案】C 【详解】A．太阳能小车的光电板（太阳能电池板）属于‌能量转换装置‌，用于将‌太阳能直接转化为电能‌，并非用于“收集信息”。A错误； B．现阶段太阳能汽车技术尚未完全成熟，存在安全隐患，B错误； C．加装控制系统可以实现制动、转向调控，C正确； D．普通太阳能电板不能直接储存电能，需要搭配蓄电池储能，D错误；故选：C。 2、模型制作是工程设计中必不可少的环节。关于模型制作，下列说法错误的是（　　） A．制作的模型要与设计方案相一致 B．模型制作的过程可以检验设计是否合理、科学、全面 C．制作模型时，若发现有问题，应该先修改模型，再修改方案 D．制作模型时，我们要抱有乐于接受别人意见、不断反思调整的科学态度 【答案】C 【详解】工程建设的过程包括明确一个要解决的问题，在限定条件下进行设计，制作一个模型（画出或写出解决方案），测试该模型，评估并改进，实施建设，模型制作是工程设计中必不可少的环节。 制作模型的注意事项： 制作的模型要与设计方案相一致； 模型制作的过程可以检验设计是否合理、科学、全面； 制作模型时，要抱有乐于接受别人意见、不断反思调整的科学态度； 制作模型时如果发现有问题，要先修改方案，再修改模型。 故C正确，ABD错误；故选:C. 3、如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递.上的条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。请根据示意图和描述完成1～2题。 【1】下列关于该快递分拣系统的设计与分析中不恰当的是（　　） A. 扫描仪的扫描速度会影响分拣效率 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稳定性 D. 设计系统时需根据传送带的运行速度计算出机械手的运行速度 【2】下列关于抓取子系统控制的分析中合理的是（　　） A. 扫描仪是该子系统的执行器 B. 机械手是被控对象 C. 条形码打印错误是该子系统的干扰因素 D. 扫描仪获取的信息是输入量 【答案】【1】B【1】D 【详解（1）机械手设计时需考虑快递的重量，B错误。故选：B。 （2）条形码打印错误属输入量本身。故选：D。 4、暴雨后立交桥下积水较深很不安全，学习小组为此设计了一个积水自动报警器，其原理图如图所示。图中A、B位置可以安装电铃或LED灯，要求地面没有积水时，LED灯亮，地面积水较深时，电铃响。根据设计要求，电铃应该安装在图中的___________（填“A”或“B”）位置。积水较深控制电路接通时，电磁铁的上方是它的___________(选填“N”或“S”)极。电磁继电器实质是一种___________(填“用电器”或“开关”)。 【答案】B；S；开关 【详解】地面无积水时，控制电路断开，衔铁不动作，LED 灯所在的 A 电路接通；积水时，水（导体）接通控制电路，电磁铁吸下衔铁，B 电路接通，故电铃安装在 B 位置。控制电路接通时，电流从电磁铁上端流入、下端流出，根据安培定则（右手握住螺线管，四指指向电流方向，大拇指指向 N 极），电磁铁下端为 N 极，上端为 S 极。电磁继电器通过控制电路的通断，控制工作电路的通断，实质是一种开关。 5、如图所示，是某同学设计的一个自动测定水箱内水位的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可以知道水箱内水位的高低．从图中可知：水表是由    表改装而成，当水面上升时，滑片向    滑动，滑动变阻器连入电路的电阻变    ，水位表示数变    ． 【答案】分析：由电路图可知，水位表串联在电路中，当水面上升时，滑片向下移动，变阻器接入电路的电阻减小，根据欧姆定律求出电路中的电流，即可判断水位表示数的变化． 【详解】（1）由电路图可知，水位表串联在电路中，说明水表是由电流表改装而成；若是电压表，则电路断路，水位表的示数不随水位的变化而变化． （2）由图可知，当水面上升时，滑片向下移动，滑动变阻器连入电路的电阻变小，根据欧姆定律可知电路中的电流变大，即水位表的示数变大． 故答案为：电流；下；小；大． 6、在“利用传感器制作简单的自动控制”实验中，简单的门窗磁控防盗报警装置示意图如图甲所示。门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA(是一个通过磁场控制的电开关，当外部有磁场靠近时，两簧片被磁化而吸合，开关导通)，并将干簧管接入报警电路。 （1）如图乙所示，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___________(选填“正极”或“负极”)。 （2）连接好电路，闭合开关S，接通电源，将磁体M靠近和离开干簧管，分别观察并记录实验现象。 实验操作 磁体M靠近干簧管 磁体M离开干簧管 实验现象 ___________ ___________ 【答案】①正极；②二极管发光；蜂鸣器发声 【详解】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。 7、如图甲所示是第四代电光源，其主要部分是高亮度白色发光二极管，由硅、砷等半导体材料制成。图乙所示为元件实物及其符号。利用图丙所示的电路可以研究发光二极管的工作特性：将一个发光二极管接入电源电压恒为3.25V的电路中，闭合开关S，发光二极管即处于导通状态。调节变阻器的滑片，改变发光二极管两端的电压和电路中的电流，记录多组电压、电流数据，可以得到电压表与电流表示数的关系，如图丁所示。请根据题干信息，完成下列问题。 （1）发光二极管主要由 ______ (填“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料制成。 （2）如图丙所示，闭合开关，发光二极管发光，电流表与电压表均有示数，此时若将滑片P慢慢向右移动，下列说法正确的是( )。 A. 滑动变阻器的阻值变小，电流表A示数变小，发光二极管变暗 B. 滑动变阻器的阻值变小，电流表A示数变大，发光二极管变亮 C. 滑动变阻器的阻值变大，电流表A示数变小，发光二极管变暗 D. 滑动变阻器的阻值变大，电流表A示数变大，发光二极管变亮 （3）)如图戊是白炽灯与LED灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例饼状图，其中，LED灯将电能主要转化为 ______ ，且LED灯的发光效率达到 ______ 。 （4）在图丙中，闭合开关S，调节滑动变阻器，使发光二极管正常发光。若断开开关S，对调发光二极管的正负极后，再闭合开关S，发光二极管 ______ (填“能”或“不能”)发光，这是因为发光二极管具有单向导电性。 【答案】(1)半导体；(2)C；(3)光能，90%；(4)不能 【详解】1. 根据题干信息，发光二极管由硅、砷等半导体材料制成，所以第一空填半导体。 2. 在图丙电路中，滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路总电阻变大，电源电压恒定，根据欧姆定律I=U/R，电路电流变小，电流表示数变小；结合图丁的电流电压特性，电流变小时光二极管的实际功率P=UI减小，因此发光二极管变暗，选项C正确。 3. 观察图戊的饼状图，LED灯的电能转化中光能占90%，内能仅占10%，所以LED灯主要将电能转化为光能，发光效率为90%。 4. 发光二极管具有单向导电性，对调正负极后，电路处于反向截止状态，无法导通，因此发光二极管不能发光。 8、为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，项目化小组为学校的劳动实践基地设计了一个蔬菜温室“自动温控电路”，如图甲所示。电路分控制电路和工作电路两部分，控制电路电源电压恒为6 V，R1为温敏电阻，电磁铁电阻不计，R2为电阻箱，其阻值调为90 Ω，R3为工作电路的加热电阻。要求温度控制在20~30 ℃之间。 （1）蔬菜大棚改善的主要自然条件是___________(填字母)。 A．温度 B．光照 C．水分 D．土壤 （2）控制电路电磁铁线圈上端磁极为___________极。 （3）当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到20 mA时，衔铁被弹回。热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙所示。如表所示是制定的部分评价指标。 等级 优秀 合格 待改进 评价指标 能自动控制室温在规定范围内波动 能自动控制室温升降 不能控制室温升降 请根据评价表中的指标对小组设计进行等级判定并说明依据。__________ 【答案】（1）AA （2）N （3）等级为合格。依据：当温度降低时，热敏电阻R的阻值增大，控制电路总电阻增大，电流减小，当电流降至20mAA时，衔铁弹回，工作电路接通，加热开始，温度升高；当温度升高时，R的阻值减小，总电阻减小，电流增大，当电流升至30mA时，衔铁吸下，工作电路断开，加热停止，温度降低。设计能自动控制室温升降，但实际控制的温度范围未在规定的20∼30∘之间，故等级为合格。 【详解】（1）冬季气温低，大棚通过保温提升并稳定内部温度，使冬季可种植夏季蔬菜，因此改善的主要自然条件是温度，选A。 （2）根据安培定则：右手握住电磁铁，四指指向电流环绕方向（控制电路电流从电磁铁下端流入、上端流出，线圈电流方向为“下进上出”），大拇指指向电磁铁上端，故上端磁极为NN极。 （3）控制电路中R0R0与RR串联，总电阻R总=U/I。当I=30mA=0.03AI=30mA=0.03A时，R总1=6/V0.03A=200Ω，R1=R总1−R0=200Ω−90Ω=110Ω；当I=20mA=0.02AI=20mA=0.02A时，R总2=6V/0.02A=300ΩR总2=6V/0.02A=300Ω，R2=R总2−R0=300Ω−90Ω=210Ω。结合图乙（RR随温度升高而减小），R=110Ω对应温度低于30∘C，R=210Ω对应温度低于20∘C，说明实际温度范围未达“20∼30∘C之间”的要求，但设计通过电流变化自动控制加热通断（升温时停止加热、降温时启动加热），能实现室温升降，=“合格”的评价指标。 1 学科网（北京）股份有限公司 $