3.4 跨学科实践 电路创新设计展示（讲义）物理新教材教科版九年级上册

本讲义聚焦“电路创新设计”核心知识点，基于串并联电路规律及电路图与实物图转换的基础，引导学生综合运用电路知识进行生活情景下的创新设计，构建从理论到实践的学习支架。 资料以自动售水机、手持电风扇等生活实例为载体，通过随学随练、基础通关到迁移创新的梯度练习，培养科学思维中的质疑创新能力，落实科学态度与责任中的安全原则。课中辅助教师引导学生突破常规设计，课后助力学生通过多样化题目查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第三章 简单电路 第4节 跨学科实践 电路创新设计展示 课标要点 1. 引导学生综合运用电路知识进行创新设计。 2. 确保学生在设计过程中遵循电路安全原则。 学习重难点 重点：正确设计适合生活情景的电路。 难点：启发学生的创新思维，使学生能够突破常规，设计出独特的电路。 知识点 设计电路 1. 掌握串、并联电路的规律，按照要求设计出合适的电路。 2. 熟练掌握电路图与实物图之间的互相转换。 随学随练 1. 小畅在学习电路设计后，了解了小区内自动售水机（如图甲所示）的工作原理：可通过手机扫码（闭合开关S1）或投币（闭合开关S2），启动电动机完成自动售水；图乙是它的部分电路图，请补充完整。 基础通关 1．某科技小组制作一台手持电风扇，设计要求如下：闭合开关，指示灯亮起；再闭合开关，电动机启动送风。下列电路符合要求的是（     ） A． B． C． D． 2．如图所示，数百架无人机腾空而起后组成巨型图案。无人机起飞前，先闭合开关，机器开始自检，若自检通过，指示灯亮；自检通过后，再闭合开关，电机才能启动，无人机起飞。下列电路图的设计最符合要求的是（　　） A． B． C． D． 3．苏超比赛异常火爆，为杜绝非法倒卖门票，同时实现快速入场，检票口使用自助检票机。观众通过闸机时，身份证识别成功相当于开关S1闭合，人脸识别成功相当于开关S2闭合，人证合一，电动机才启动打开闸机。下列能反映检票机工作原理的电路是（     ） A． B． C． D． 4．校园安全是学校工作的重中之重，某学校为保障师生安全，在门口安装了车辆识别系统，禁止外来车辆随意进入校园，如图所示，内部车辆可以被识别，电动伸缩门自动打开，外部车辆不能被识别，需要工作人员检查后按动按钮才能将门打开。若将门禁自动识别系统看做自动开关S，按钮系统看做手动开关S1，下图电路设计正确的是（　　） A． B． C． D． 5．如图，为保障安全该榨汁机设置了电源开关S和安全开关S₁。当杯体放在主机上时，S₁自动闭合，此时再闭合S，电动机才能启动榨汁。下列电路图符合要求的是（     ） A．B．C． D． 6．如图是新一代代步工具电动独轮车，依靠电力驱动，低碳环保。当电源开关S1闭合时指示灯亮起，独轮车处于待机状态，当人站在独轮车上时开关S2自动闭合，电动机才能启动，开始运动。下列电路设计符合上述要求的是（     ） A． B． C． D． 7．小南家的电动自行车，只闭合开关S1，电动自行车前进，车灯不亮；夜晚再闭合S2，电动车行进的同时车灯照明；断开S1，车灯和电动机均不工作，下列电路设计符合要求的是（     ） A． B． C． D． 8．为防止微波泄漏对人体造成辐射伤害，微波炉有一种安全保护机制。当微波炉的门打开时，门控开关断开，此时即使闭合，微波炉也不会工作；当微波炉的门关闭时，开关闭合，控制开关也闭合，微波炉正常工作。以下电路符合要求的是（　　） A． B． C． D． 9．某电蚊拍有灭蚊和照明功能。当开关S闭合，照明灯亮；再闭合S1时，灭蚊网和灯都能工作；当仅闭合S1时，灭蚊网和灯都不工作。请把图中的电路补画完整。 10．人体感应灯只有在光线暗、有人靠近时才会自动发光，即光敏开关S1、人体感应器开关S2都闭合的情况下，人体感应灯才能发光。请在图中画出该灯工作原理的电路图。 素养提升 11．2026年江苏苏超（江苏省城市足球联赛）常规赛4月11日（周六）正式开幕。球迷持身份证入场观赛时，闸机口通过人脸识别系统确保“人”“证”一致，闸机门才会打开通行。若电路中M代表闸门，当人脸识别成功时，开关S1闭合，当身份证识别成功时，开关S2闭合。则下列选项中的电路可实现上述要求的是（　　） A． B． C． D． 12．为落实骑电动摩托车“一盔一戴”的要求，项目小组设计了如下方案：只有当插入车钥匙启动（S1闭合，指示灯亮），且驾驶员取出头盔并戴上后（S2闭合），车才能行驶，只戴头盔车无法行驶。如图的电路图中符合要求的是（　　） A．B．C． D． 13．小明根据小区门禁功能设计模拟电路。要求：光线较暗时，光控开关闭合，照明灯亮；刷脸或刷卡成功时，对应开关闭合，电动机M工作，门禁开启。符合以上设计要求的电路是（     ） A．B．C．D． 14．如图所示是仓库夜间自动防盗报警电路：仓库门关闭时只有灯亮，如果仓库门被人打开，A、B间的细导线会断开，电铃发声自动报警。请你根据以上要求将图中的电路连接完整。 15．某款冰箱内部有制冷压缩机和照明灯泡，柜门处装有磁吸式门控开关S。关闭冰箱门，S闭合，压缩机正常工作，灯泡不发光；打开冰箱门时，S自动断开，压缩机仍正常运转，灯泡发光。请将上述元件按要求连接成完整的电路图。 迁移创新 16．某仓库的大门由两把不同的钥匙控制电动机开启，小壮设计了如图所示的四种电路。其中单把钥匙无法打开，只能两把钥匙同时使用才能打开的电路是_________；只需要任意一把钥匙就能打开的电路是_________；电路设计错误的是_________。    17．小红同学准备设计一款声光控开关控制的走廊照明灯，光控开关在弱光条件下自动闭合，声控开关在有声音时自动闭合，为实现在弱光条件下且有人经过时（有声音）才会开启照明灯，她应该选择下图甲、乙设计方案中的_________方案。小红同学又设计了一款“家庭大事投票器”，电路中使用了三个开关和一只灯泡，投“同意票”则闭合自己的开关，灯泡发光代表“通过”。为实现三人中至少两人“同意”并且“同意”票中必须包括小红的“同意”票，灯泡才能发光，小红的开关应接在图丙中的_________（选填“A”或“B”）位置。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 简单电路 第4节 跨学科实践 电路创新设计展示 课标要点 1. 引导学生综合运用电路知识进行创新设计。 2. 确保学生在设计过程中遵循电路安全原则。 学习重难点 重点：正确设计适合生活情景的电路。 难点：启发学生的创新思维，使学生能够突破常规，设计出独特的电路。 知识点 设计电路 1. 掌握串、并联电路的规律，按照要求设计出合适的电路。 2. 熟练掌握电路图与实物图之间的互相转换。 随学随练 1. 小畅在学习电路设计后，了解了小区内自动售水机（如图甲所示）的工作原理：可通过手机扫码（闭合开关S1）或投币（闭合开关S2），启动电动机完成自动售水；图乙是它的部分电路图，请补充完整。 【答案】 【详解】根据题意可知，通过手机扫码或投币都可以启动电动机完成自动售水，说明开关S1和开关S2可以独立工作、互不影响，即为并联，之后与电动机串联，据此作图。 基础通关 1．某科技小组制作一台手持电风扇，设计要求如下：闭合开关，指示灯亮起；再闭合开关，电动机启动送风。下列电路符合要求的是（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】闭合指示灯亮，再闭合电动机才启动，说明指示灯和电动机可以单独工作，互不影响，故二者是并联的，且S1在干路控制整个电路，S2只控制电动机， A．只闭合S1时，指示灯不亮，故A不符合题意； B．指示灯与电动机并联，在干路，控制电动机。闭合，指示灯亮起；再闭合，电动机支路接通，故B符合题意； C．闭合后，电动机直接工作，指示灯不亮，故C不符合题意； D．闭合后，电动机和指示灯同时工作，闭合会造成电源短路，故D不符合题意。 故选B。 2．如图所示，数百架无人机腾空而起后组成巨型图案。无人机起飞前，先闭合开关，机器开始自检，若自检通过，指示灯亮；自检通过后，再闭合开关，电机才能启动，无人机起飞。下列电路图的设计最符合要求的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．由电路图可知，闭合开关S1，指示灯单独工作，再闭合开关S2，电动机和指示灯并联，同时工作，故A符合题意； B．由电路图可知，当只闭合开关S2时，电动机开始工作，不符合题目要求，故B不符合题意； C．由电路图可知，闭合开关S1，整个电路断路，电动机和指示灯均不工作，故C不符合题意； D．由电路图可知，闭合开关S1，电动机、指示灯均不工作，故D不符合题意。 故选A。 3．苏超比赛异常火爆，为杜绝非法倒卖门票，同时实现快速入场，检票口使用自助检票机。观众通过闸机时，身份证识别成功相当于开关S1闭合，人脸识别成功相当于开关S2闭合，人证合一，电动机才启动打开闸机。下列能反映检票机工作原理的电路是（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】 根据题意，只有身份证识别成功闭合且人脸识别成功闭合，电动机才启动，说明两个开关需要同时闭合才能接通电路，因此两个开关必须串联后共同控制电动机。 故选A。 4．校园安全是学校工作的重中之重，某学校为保障师生安全，在门口安装了车辆识别系统，禁止外来车辆随意进入校园，如图所示，内部车辆可以被识别，电动伸缩门自动打开，外部车辆不能被识别，需要工作人员检查后按动按钮才能将门打开。若将门禁自动识别系统看做自动开关S，按钮系统看做手动开关S1，下图电路设计正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．由图可知，只闭合手动开关S1，电动机不工作，故A错误； B．由图可知，两个开关都闭合，电动机才能工作，只闭合任何一个开关，电动机不能工作，故B错误； C．由图可知，只闭合手动开关S1，电源被短路，造成电路中的电流过大，可能烧坏电源，故C错误； D．由图可知，两个开关并联后再和电动机串联，闭合任何一个开关，电动机能工作，故D正确。 故选D。 5．如图，为保障安全该榨汁机设置了电源开关S和安全开关S₁。当杯体放在主机上时，S₁自动闭合，此时再闭合S，电动机才能启动榨汁。下列电路图符合要求的是（     ） A．B．C． D． 【答案】B 【详解】由题意，电动机启动（即电路导通）的前提是开关和开关必须同时闭合。如果其中任何一个开关断开，电动机都不能工作。所以根据串并联电路的特征可知，这两个开关必须与用电器（电动机）组成串联电路。 A．由图可知，开关与电动机并联，然后再与开关串联，当两个开关都闭合时，电源被短路，会烧坏电源，故A不符合题意； B．由图可知，开关、开关和电动机串联在电路中。只有两个开关都闭合时，电路才形成通路，电动机才能启动，故B符合题意； C．由图可知，开关、并联，然后再与电动机串联。在这种电路中，只要闭合或中的任意一个，电动机就会启动，故C不符合题意； D．由图可知，开关单独在一个支路，开关和电动机串联在另一个支路。闭合会造成电源短路，且开关闭合时电动机就会工作，不需要的配合，故D不符合题意。 故选 B。 6．如图是新一代代步工具电动独轮车，依靠电力驱动，低碳环保。当电源开关S1闭合时指示灯亮起，独轮车处于待机状态，当人站在独轮车上时开关S2自动闭合，电动机才能启动，开始运动。下列电路设计符合上述要求的是（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由题意可知，开关S1闭合，指示灯工作，说明S1控制指示灯L，且可以独立工作，说明指示灯与电动机是并联关系，当人站在独轮车上时开关S2自动闭合，电动机才能启动，开始运动，说明S2控制电动机，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 7．小南家的电动自行车，只闭合开关S1，电动自行车前进，车灯不亮；夜晚再闭合S2，电动车行进的同时车灯照明；断开S1，车灯和电动机均不工作，下列电路设计符合要求的是（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意，只闭合 电动机工作而灯不亮，说明两者互不影响，应为并联连接，断开S1，车灯和电动机均不工作，故 在干路上控制整个电路。再闭合 灯才亮，说明 串联在灯泡所在的支路上，单独控制灯泡。故选C。 8．为防止微波泄漏对人体造成辐射伤害，微波炉有一种安全保护机制。当微波炉的门打开时，门控开关断开，此时即使闭合，微波炉也不会工作；当微波炉的门关闭时，开关闭合，控制开关也闭合，微波炉正常工作。以下电路符合要求的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】当门打开时，断开，即使闭合，微波炉也不工作；当门关闭时，闭合，且闭合时，微波炉才正常工作。这说明和必须同时闭合时，电路才导通，微波炉才可以正常工作，所以两个开关和微波炉元件应该是串联的关系。 A．两开关并联，只要有一个闭合，微波炉便可正常工作，故A不符合题意； B．两开关和微波工作元件串联，只要两个开关都闭合，微波炉便可正常工作，故B符合题意； C．两开关串联后与微波工作元件并联，两开关都打开时微波炉正常工作，都闭合时，造成电源短路，存在安全隐患，故C不符合题意； D．闭合，断开时，微波炉便可正常工作，闭合时电源短路，存在安全隐患，故D不符合题意。 故选B。 9．某电蚊拍有灭蚊和照明功能。当开关S闭合，照明灯亮；再闭合S1时，灭蚊网和灯都能工作；当仅闭合S1时，灭蚊网和灯都不工作。请把图中的电路补画完整。 【答案】 【详解】由题可知灭蚊网和照明灯可以独立工作、互不影响，是并联；当开关S闭合，照明灯亮；再闭合S1时，灭蚊网和灯都能工作；当仅闭合S1时，灭蚊网和灯都不工作，说明开关S1在灭蚊网支路上；开关S在干路上，据此作图。 10．人体感应灯只有在光线暗、有人靠近时才会自动发光，即光敏开关S1、人体感应器开关S2都闭合的情况下，人体感应灯才能发光。请在图中画出该灯工作原理的电路图。 【答案】 【详解】由题知，要求灯只有在光线暗、有人体靠近时才会自动发光，在人离开时自动关闭，说明光敏开关S1和人体感应器开关S2同时控制灯泡，即光敏开关和人体感应器、灯泡三者串联，据此作图。 素养提升 11．2026年江苏苏超（江苏省城市足球联赛）常规赛4月11日（周六）正式开幕。球迷持身份证入场观赛时，闸机口通过人脸识别系统确保“人”“证”一致，闸机门才会打开通行。若电路中M代表闸门，当人脸识别成功时，开关S1闭合，当身份证识别成功时，开关S2闭合。则下列选项中的电路可实现上述要求的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意，只有人脸识别成功闭合，且身份证识别成功闭合，闸门电动机才会工作； A．、并联，闭合任意一个开关电动机就能工作，故A不符合题意； B．仅闭合就会造成电源短路，且不符合“两个都闭合才工作”的要求，故B不符合题意； C．、和电动机串联，只有两个开关同时闭合，电路才接通，电动机工作，故C符合题意； D．和电动机在一条支路，只要闭合，无论是否闭合，电动机都会工作，故D不符合题意。 故选C。 12．为落实骑电动摩托车“一盔一戴”的要求，项目小组设计了如下方案：只有当插入车钥匙启动（S1闭合，指示灯亮），且驾驶员取出头盔并戴上后（S2闭合），车才能行驶，只戴头盔车无法行驶。如图的电路图中符合要求的是（　　） A．B．C． D． 【答案】C 【详解】AD．当车钥匙启动，开关S1闭合时，A和D都无法使指示灯亮，因为指示灯所在电路无法形成通路，必须再让开关S2闭合才能实现，且D的设计中，S1闭合时，电动车直接能行驶，违背安全驾驶的要求，故AD不符合题意； BC．开关S1闭合时，B和C都能使指示灯亮，但B的设计中，开关S1不闭合，仅仅从车头取出头盔并戴上后，开关S2闭合，车就能够行驶，也违背安全驾驶的要求，故B不符合题意，C符合题意。 故选C。 13．小明根据小区门禁功能设计模拟电路。要求：光线较暗时，光控开关闭合，照明灯亮；刷脸或刷卡成功时，对应开关闭合，电动机M工作，门禁开启。符合以上设计要求的电路是（     ） A．B．C．D． 【答案】D 【详解】由题意可知，光线较暗时，光控开关闭合，照明灯亮，即光控开关控制灯泡；刷脸或刷卡成功时，对应开关闭合，电动机M工作，门禁开启，说明刷脸开关或刷卡开关均能控制电动机，即两开关并联控制电动机；光线较强时，灯泡可以不工作，说明灯泡与电动机并联。对比各图，故选D。 14．如图所示是仓库夜间自动防盗报警电路：仓库门关闭时只有灯亮，如果仓库门被人打开，A、B间的细导线会断开，电铃发声自动报警。请你根据以上要求将图中的电路连接完整。 【答案】 【详解】仓库门关闭时只有灯亮，如果仓库门被人打开，AB间的细导线会断开，电铃发声自动报警。说明AB与电铃并联，再与灯泡串联，如图所示： 15．某款冰箱内部有制冷压缩机和照明灯泡，柜门处装有磁吸式门控开关S。关闭冰箱门，S闭合，压缩机正常工作，灯泡不发光；打开冰箱门时，S自动断开，压缩机仍正常运转，灯泡发光。请将上述元件按要求连接成完整的电路图。 【答案】 【详解】关闭冰箱门，开关S闭合，灯泡不发光；打开冰箱柜门，开关S自动断开，灯泡发光，说明开关S通过短路灯泡来控制灯泡。若灯泡与压缩机并联，开关S闭合会导致压缩机短路不工作，所以压缩机与灯泡串联，开关S并联在灯泡两端。 迁移创新 16．某仓库的大门由两把不同的钥匙控制电动机开启，小壮设计了如图所示的四种电路。其中单把钥匙无法打开，只能两把钥匙同时使用才能打开的电路是_________；只需要任意一把钥匙就能打开的电路是_________；电路设计错误的是_________。    【答案】 甲 乙 丙、丁 【详解】[1][2][3]大门由电动机控制，两把钥匙相当于两个开关。图甲：两个“钥匙”开关是串联的，只有都闭合时，电路才接通，若只闭合一个，电路开路，无法打开大门；图乙：两个“钥匙”开关是并联的，只闭合一个开关，电路就会接通，电动机就会工作；图丙：只闭合“钥匙a”这个开关，电路接通，两个开关都闭合，电路短路，电路设计错误，图丁：只能用“钥匙a”开关来控制电动机工作，“钥匙b”开关只要闭合，电路就短路，电路设计错误。 17．小红同学准备设计一款声光控开关控制的走廊照明灯，光控开关在弱光条件下自动闭合，声控开关在有声音时自动闭合，为实现在弱光条件下且有人经过时（有声音）才会开启照明灯，她应该选择下图甲、乙设计方案中的_________方案。小红同学又设计了一款“家庭大事投票器”，电路中使用了三个开关和一只灯泡，投“同意票”则闭合自己的开关，灯泡发光代表“通过”。为实现三人中至少两人“同意”并且“同意”票中必须包括小红的“同意”票，灯泡才能发光，小红的开关应接在图丙中的_________（选填“A”或“B”）位置。 【答案】 甲 A 【详解】[1]题目要求只有弱光（光控闭合）且有声音（声控闭合）时，灯才点亮，说明两个开关必须同时闭合，电路才能导通，因此两个开关需要串联。 甲图中声控开关和光控开关串联，只有都闭合电路才通，符合要求；乙图中两个开关并联，任意一个闭合灯就会点亮，不符合要求，因此选甲方案。 [2]题目要求灯亮满足：至少两人同意，且同意票必须包含小红，即小红同意（开关闭合）是灯亮的必要条件，同时小红同意后还需要至少一位其他人同意才能亮。 若小红开关接在A位置（干路）：小红断开（不同意）时，整个电路断开，无论爸妈是否闭合，灯都不亮，满足“必须包含小红”的要求；小红闭合（同意）后，爸妈只要有任意一个闭合，电路就导通，灯亮，满足“至少两人同意”的要求，符合规则。 若小红开关接在B位置：当爸爸、妈妈都闭合（都同意）时，即使小红断开（不同意），电路依然是通路，灯发光，不符合“必须包含小红”的要求。 因此小红的开关应接在A位置。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $