第2节 设计和制作控制系统 （导学案）科学新教材浙教版八年级下册

该初中科学导学案聚焦“设计和制作控制系统”，核心知识点包括自动控制系统组成、传感器功能及电子元器件特性，通过预习填空（如二极管单向性、光敏电阻特性）和探索活动（识别电路板元器件）搭建学习支架，衔接电路基础与控制系统新知。 特色在于工程实践环节，引导学生设计制作充电器指示灯电路，通过测试、设计、连接的动手过程培养探究实践能力，结合实验现象分析规律体现科学思维，习题联系空调、太阳能小车等生活实例强化科学观念，激发技术探究兴趣。

第2节 设计和制作控制系统（导学案） 1、认识常用电子元器件，知晓其结构特点与电路中的基本作用。 2、结合实验现象分析二极管特性，推理电路通断的工作规律。 3、动手实践制作控制电路，体会工程价值，树立探究技术的兴趣。 1、掌握自动控制系统的基本组成及传感器的功能。（重点） 2、理解自动控制系统中信息处理与执行的工作逻辑。（难点） 1、发光二极管具有 性，电流需从正极流入才能正常发光。 2、光照增强时，光敏电阻器的电阻会 。 3、控制系统中负责收集各类信息的部件是 。 4、电容器在电路中的主要作用是 。 1、探索活动 如图所示的空调控制电路板中，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。 2、工程实践：设计与制作充电器的工作指示灯 一、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。 二、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。 三、过程 1.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，较短的为负极。当电流从发光二极管的正极流向负极时，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。 （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。 ①闭合开关后，若发光二极管发光，说明电源a端（二极管长脚所接电源端）为正极，b端（二极管长脚所接电源端）为负极；若发光二极管不发光，则说明电源a端为负极，b端为正极。 ②不可长时间保持反向连接，以免损坏二极管。 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？ 四、问题讨论 实验中你遇到了哪些问题？产生这些问题的主要原因是什么？ 1．自动控制系统的三个基本步骤是（  ） A．信息收集、信息处理、操作执行 B．开机、运行、关机 C．设计、建造、维修 D．观察、设计、执行 2．空调自动调节温度时，计算机的作用是（  ） A．制造冷气 B．显示时间 C．根据设定值调整运行状态 D．播放音乐 3．在世博会场馆建设上，采用了太阳能建筑一体化、自然通风和雨水收集利用等一批生态环保技术，使用前进行试运行。从设计的角度看，安排试运行这一举措属于工程实践过程中的（  ） A．设计方案 B．实施计划 C．检验作品 D．发布成果 4．结构设计的一般过程是（　 　） A．明确内容、制订设计方案、制作模型或原型、优化与完善 B．制订设计方案、明确内容、制作模型或原型、优化与完善 C．明确内容、制订设计方案、优化与完善、制作模型或原型 D．制订设计方案、明确内容、优化与完善、制作模型或原型 5．结构设计需要考虑的因素有（　 　） ①强度　②稳定性　③适用性　④成本　⑤美观 A．①②③④⑤ B．①③④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④ ‌‌‌‌6．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 7．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将其显示在屏幕上，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 8．小科制作了节能环保的太阳能小车。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 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 设计和制作控制系统（导学案） 1、认识常用电子元器件，知晓其结构特点与电路中的基本作用。 2、结合实验现象分析二极管特性，推理电路通断的工作规律。 3、动手实践制作控制电路，体会工程价值，树立探究技术的兴趣。 1、掌握自动控制系统的基本组成及传感器的功能。（重点） 2、理解自动控制系统中信息处理与执行的工作逻辑。（难点） 1、发光二极管具有单向导电性，电流需从正极流入才能正常发光。 2、光照增强时，光敏电阻器的电阻会减小。 3、控制系统中负责收集各类信息的部件是传感器。 4、电容器在电路中的主要作用是储存和释放电荷。 1、探索活动 如图所示的空调控制电路板中，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。 2、工程实践：设计与制作充电器的工作指示灯 一、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。 二、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。 三、过程 1.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，较短的为负极。当电流从发光二极管的正极流向负极时，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。 （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。 ①闭合开关后，若发光二极管发光，说明电源a端（二极管长脚所接电源端）为正极，b端（二极管长脚所接电源端）为负极；若发光二极管不发光，则说明电源a端为负极，b端为正极。 ②不可长时间保持反向连接，以免损坏二极管。 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。 红灯和灯泡发光，绿灯熄灭。 （3）闭合开关，记录实验现象。 绿灯和灯泡发光，红灯熄灭。 （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？ ①发光二极管具有单向导电性； ②电路的通断和电流路径由开关控制； ③短路会改变电路的工作状态。 四、问题讨论 实验中你遇到了哪些问题？产生这些问题的主要原因是什么？ 常见问题1：发光二极管不亮 ①正负极接反，发光二极管单向导电，反接时电路截止无法发光； ②接线接触不良，导线、二极管引脚、开关接线柱松动断路； ③电源电压过低，达不到发光二极管的导通压降要求。 常见问题2：开关断开/闭合时现象和预期相反 红、绿发光二极管的正负极都接反了，导通和截止的状态颠倒。 1．自动控制系统的三个基本步骤是（  ） A．信息收集、信息处理、操作执行 B．开机、运行、关机 C．设计、建造、维修 D．观察、设计、执行 【答案】A 【解析】自动控制系统的基本过程就是：先收集信息（检测）→ 再处理信息（判断）→ 最后操作执行（动作），A正确，BCD错误。 2．空调自动调节温度时，计算机的作用是（  ） A．制造冷气 B．显示时间 C．根据设定值调整运行状态 D．播放音乐 【答案】C 【解析】A．制造冷气是压缩机等执行部件的功能，不是计算机的作用，A不符合题意。 BD．显示时间、播放音乐是空调的附加功能，和自动调节温度的核心功能无关，BD不符合题意。 C．空调里的计算机（控制系统）负责接收温度信号、对比设定值、控制压缩机等部件工作，也就是自动调节运行状态，C符合题意。 3．在世博会场馆建设上，采用了太阳能建筑一体化、自然通风和雨水收集利用等一批生态环保技术，使用前进行试运行。从设计的角度看，安排试运行这一举措属于工程实践过程中的（  ） A．设计方案 B．实施计划 C．检验作品 D．发布成果 【答案】C 【解析】从设计的角度看，安排试运行这一举措应该属于设计过程的测试、评估及优化阶段，即 检验作品。C正确，ABD错误。 4．结构设计的一般过程是（　 　） A．明确内容、制订设计方案、制作模型或原型、优化与完善 B．制订设计方案、明确内容、制作模型或原型、优化与完善 C．明确内容、制订设计方案、优化与完善、制作模型或原型 D．制订设计方案、明确内容、优化与完善、制作模型或原型 【答案】A 【解析】结构设计过程通常遵循以下四个核心步骤：明确内容、制订设计方案、制作模型或原型、优化与完善。故A符合题意，BCD不符合题意。 5．结构设计需要考虑的因素有（　 　） ①强度　②稳定性　③适用性　④成本　⑤美观 A．①②③④⑤ B．①③④⑤ C．①②③⑤ D．①②③④ 【答案】A 【解析】强度‌：结构需满足荷载要求（如自重、使用荷载、风荷载、雪荷载等），通过材料力学性能计算确定。 ‌稳定性‌：保证结构整体抗倾覆、抗变形能力，需结合结构类型和荷载组合验算。 ‌适用性‌：满足空间布局、使用需求（如厂房跨度、住宅采光）及设备安装要求。 ‌成本‌：在满足性能的前提下优化成本，避免资源浪费。 ‌美观‌：结合造型、比例、色彩等，符合城市规划或用户审美需求。 这些因素共同确保结构的安全性、功能性和经济性。 所以结构设计需要考虑的因素包括：‌①强度‌、‌②稳定性‌、‌③适用性‌、‌④成本‌、‌⑤美观‌。故A符合题意，BCD不符合题意。 6．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 【解析】A．制作的模型要与设计方案相一致，这是模型制作的基本要求。如果模型与设计方案不符，就无法准确展示设计的意图，故A正确，不符合题意； B．模型制作的过程可以检验设计是否合理、科学、全面。通过实际制作模型，能够发现设计中存在的问题，如结构是否稳固、功能是否可行等，故B正确，不符合题意； C．制作模型时，若发现有问题，应该先分析问题产生的原因，判断是设计方案本身的问题还是制作过程中的问题。如果是设计方案的问题，应该先修改方案，然后再根据修改后的方案修改模型，而不是先修改模型，再修改方案，故C错误，符合题意； 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。因为不同的人可能从不同的角度发现问题，接受别人的意见并不断反思调整，能够使模型更加完善，故D正确，不符合题意。 7．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将其显示在屏幕上，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．心电监护仪的传感器作用就是采集心率信号，也就是收集信息，故A正确，不符合题意； B．题干明确说明主机对采集到的信号进行处理，故B正确，不符合题意； C．传感器是通过电极片采集心跳产生的电信号传递给主机，不是以振动形式传递，故C错误，符合题意； D．原始的心率信号经过主机转换、处理后，才得到屏幕显示的“120次/分”结果，故D正确，不符合题意。 8．小科制作了节能环保的太阳能小车。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 【解析】A．光电板是能量接收转换系统，不是信息收集系统，故A错误； B．太阳能汽车技术尚未完全成熟，存在安全隐患，故B错误； C．加装控制系统可实现制动、转向调控，故C正确； D．普通太阳能电板不能直接储存电能，需搭配蓄电池储能，故D错误。 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