3.4 跨学科实践：电路创新设计展示（举一反三·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，从分析小彩灯串联电路的缺点及改进方法（全并联、两两并再串），到“回答问题正确”显示器的通路设计，再到病房呼叫电路的串并联组合，最后总结电路设计注意事项与技巧，构建从原理到实践的学习支架。 资料以节日彩灯、医院呼叫系统等生活情景导入，引导学生发现问题并设计解决方案，体现科学探究与科学思维。通过新型小彩灯等效电路分析、共享助力车电路设计等例题变式及多样化课后作业，培养学生解决实际问题能力，课中辅助教师引导探究，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺，强化科学态度与责任。

3.4 跨学科实践：电路创新设计展示模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 节日的夜晚，街道两旁五光十色的彩灯为城市增添了浓厚的喜庆气氛。但是，如果你仔细观察，可能会发现一个令人烦恼的现象：只要其中一盏小灯泡的灯丝烧断了，整串彩灯都会黯然失色。而在医院的病房里，当病人按下床头的呼叫按钮时，护士值班室不仅能亮起指示具体床位的灯光，还会响起清脆的电铃声。从节日彩灯的“牵一发而动全身”，到医院呼叫系统的“精准定位与声光联动”，这些奇妙的现象背后隐藏着怎样的电路奥秘？今天，就让我们化身“小工程师”，通过电路的创新设计，用物理知识解决生活中的实际问题！ 【知识点1 改进小彩灯的连接电路】知识归纳 1．原电路及其缺点： 小彩灯串联，电流只有一条路径，如果其中任何一个灯泡发生开路（如灯丝烧断），整个电路就会变成断路，导致所有灯泡熄灭。 2．改进方法： 改进方法 电路图 优点 缺点 全并联 任一灯泡损坏均不影响其他灯泡工 电源适配复杂，对干路电流和电源电压要求高，成本较高 两两并联再串联 任一灯泡损坏时，其所在并联组的另一灯泡仍可导通 相同长度的彩灯需更多灯泡，成本较高，且电路复杂度增加 【例1】某厂家为了提高彩灯的可靠性，设计了一种新型小彩灯，其内部有两根灯丝。当主灯丝烧断时，副灯丝会自动导通。这种设计在电路连接上等效于（ ） A. 两根灯丝串联 B. 两根灯丝并联 C. 只保留一根灯丝 D. 无法等效 【答案】B 【解析】主灯丝烧断后副灯丝自动导通，说明两根灯丝各自有独立的电流路径，互不影响，符合并联电路的特点，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【变式1-1】经常用来做装饰的小彩灯，若一个坏了，只是这个灯不亮，但若将此灯或其它某个灯拔掉，这一串就都不亮，则灯与灯是 联的。马路的路灯，灯与灯是 联的。 【答案】串 并 【解析】小彩灯一个坏了，若将此灯或其它某个灯拔掉，整串都不亮，说明各灯相互影响，不能独立工作，所以灯与灯之间是串联的；马路路灯一个坏了，其它仍亮，即灯与灯互不影响，能独立工作，所以灯与灯之间是并联的。 【变式1-2】为了装饰晚会，同学们将许多小彩灯串联起来挂在黑板上。但在测试时发现，只要拧松其中一个小灯泡，整串彩灯就全部熄灭了。为了改进这个电路，下列方案中最合理且兼顾成本的是（ ） A. 将所有小彩灯改为全并联连接 B. 将每两个小彩灯并联为一组，再将各组串联起来 C. 在电路中串联一个更大的电源 D. 在每个小彩灯旁边再串联一个小彩灯 【答案】B 【解析】 A．全并联虽然可靠性最高，但干路电流过大，且需要电源电压适配每个灯泡的额定电压，成本过高，故A不符合题意； B．采用并联再串联的方式，既解决了单灯损坏导致全路熄灭的问题，又避免了全并联带来的高成本和复杂布线，是兼顾可靠性与成本的合理方案，故B符合题意； C．在电路中串联一个更大的电源，不能解决一处断开全路不通的问题，故C不符合题意； D．电流仍是串联，无法解决故障问题，故D不符合题意。 故选B。 【知识点2 “回答问题正确”显示器】 1．原理：问题与正确答案通过导线连通形成通路。 2．现象：回答正确亮灯（通路），错误不亮（开路）。 3．改进：双灯指示，绿灯亮表正确，红灯亮表错误。 【例2】在跨学科实践活动中，小成设计了如图所示的“回答问题正确”显示器，硬纸板左右两排曲别针分别代表问题与答案，接线头A接触“问题”曲别针、B接触“答案”曲别针，只有答案正确时灯泡才发光。为实现上述功能，正确答案对应的左右曲别针之间应是 （选填“通路”或“断路”）状态；若要同时显示多道题的作答情况，让每道题对应一盏独立的指示灯，则各题的电路应采用 （选填“串联”或“并联”)方式连接。 【答案】通路 并联 【解析】根据题意可知，当只有答案正确时灯泡才发光，电路中有电流通过，说明正确答案对应的左右曲别针之间应是通路状态；每道题对应一盏独立的指示灯，若要同时显示多道题的作答情况，各灯之间是五不影响的，则各题的电路应采用并联方式连接。 【变式2-1】物理兴趣小组制作了一个“回答问题正确显示器”。在硬纸板背面，问题1与答案2用导线相连，问题2与答案1用导线相连。当接线头A接触问题1，接线头B接触答案2时，小灯泡发光。下列说法正确的是（ ） A. 此时电路处于开路状态 B. 此时电路处于通路状态 C. 若B接触答案1，灯泡也会发光 D. 该显示器中灯泡与电源是并联的 【答案】B 【解析】根据题意，问题1与答案2在背面是连通的。当A接触问题1，B接触答案2时，电流可以从A流经背面导线到达B，形成完整的闭合回路，即通路状态，灯泡发光。若B接触答案1，则电路断开，灯泡不亮。显示器中灯泡与电源显然是串联的。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【变式2-2】在设计“回答问题正确显示器”时，为了实现“回答正确绿灯亮，回答错误红灯亮”的功能，下列电路连接方式正确的是（ ） A. 绿灯和红灯串联在电路中 B. 绿灯与正确答案连通，红灯与错误答案连通，绿灯和红灯并联 C. 绿灯与错误答案连通，红灯与正确答案连通，绿灯和红灯并联 D. 只需要一个灯泡，通过改变电源正负极来改变颜色 【答案】B 【解析】要实现两种状态独立显示，绿灯和红灯必须互不影响，因此应采用并联连接。根据逻辑，绿灯应在回答正确（即接通正确答案）时亮，红灯在接通错误答案时亮。故B正确，ACD错误。 故选B。 【知识点3 病房呼叫电路】 1．基本功能：各病床的呼叫开关与值班室对应的指示灯串联后，再并联接入电路。这样既能独立显示呼叫床位，又互不影响。 2．功能升级改进：为了在呼叫时增加声音提示，只需在电路的干路中串联一个电铃。这样任一床位按下开关，对应灯亮的同时，干路电铃也会发声。 【例3】某医院病房需要设计呼叫电路。要求：当1号床病人按下开关时，值班室的1号灯亮且电铃响；当2号床病人按下开关时，2号灯亮且电铃响。下列电路设计符合要求的是（ ）A. 1号灯和2号灯串联，电铃接在干路 B. 1号灯与1号开关串联，2号灯与2号开关串联，两者再并联，电铃接在干路 C. 1号灯与1号开关串联，2号灯与2号开关串联，两者再并联，电铃与1号灯串联 D. 1号灯与电铃串联，2号灯与电铃串联，两者再并联 【答案】B 【解析】要求两床呼叫互不影响且能独立显示，1号灯和2号灯必须并联，各自与对应的开关串联。要求任一床位呼叫时电铃都响，电铃必须接在干路中，控制整个电路。A选项灯串联会互相影响；C、D选项电铃位置错误，无法实现任一呼叫都响铃。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【变式3-1】设计一个病房呼叫电路，要求:按下病人床头开关，值班室的电铃会响，对应的 示灯亮，提醒护士哪位病人需要护理。下列电路图中，最合理的是（ ） A．B．C．D． 【答案】D 【解析】A．图中开关、灯泡和电铃串联，只有两个开关都闭合电铃才会响，而且两灯都亮，无法区分是哪位病人需要护理，故A错误； B．图中两个支路各有一个开关和灯泡，但电铃在上面的支路上，下面支路开关闭合时灯亮，但铃不响，故B错误； CD．C选项图中两个支路上各有一个开关、灯泡和电铃，只要其中一个支路开关闭合，该支路的电铃响、灯泡亮，能区分是哪位病人需要护理。D选项图中两灯并联且两灯的支路上各有一个开关，电铃在干路上，任一支路上开关闭合时，该支路上灯亮，且电铃都响，能区分是哪位病人需要护理，CD相比较，D图中只需要一个电铃，最合理，故D正确。 故选D。 【变式3-2】在医院住院部，病人需要护理时，闭合床头开关。 （1）设计呼叫电路时，下列因素中，不需要考虑的是___________； A．护士工作很忙，要用多种信号提醒 B．能够确定呼叫发出的位置 C．呼叫信号强弱合适 D．值班室是否有护士值班 （2）小李同学以一个病房只有一张病床为例，设计了如图1所示的电路。该电路能不能达到呼叫目的？ 答：___________； （3）当一个病房有三张病床时，小杨同学设计的电路如图2所示，小张同学设计的电路如图3所示。对比这两个电路，合理的是___________。 【答案】（1）D （2）能达到 （3）)图3 【解析】（1）在设计呼叫电路时，要考虑呼叫发出位置，便于医护人员确定呼叫病人；要确保呼叫信号；且由于护士工作很忙，要考虑用多种信号提醒，而值班室有没有护士值班，不用作为考虑因素，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （2）当开关闭合时，指示灯与电铃串联，此时指示灯与电铃一起工作，能达到呼叫目的。 （3）图2，闭合三张病床的任意一个床头开关，灯泡L、电铃都会工作，但是无法区分哪个病床发出的呼叫；图3，三个指示灯并联后再与电铃串联，每个支路上均串联着一个床头开关，则不同床头开关闭合，不同的指示灯亮起，则可以根据亮起的指示灯区分哪个病床发出的呼叫，故合理的是图3。 【知识点4 电路的设计注意事项好技巧】 1．在进行电路设计时，需要注意以下几点： (1)通过分析设计要求，弄清本次设计需要用到的或者允许用到的元件有哪些，不可添加或删减。 (2)通过分析设计要求，确定元件之间是串联还是并联，开关是如何控制各个元件的。 (3)根据分析的结果，先画出草图，再对照设计要求进行检验，不符合要求的部分进行调整和修改，经检查确认无误后，即可画出规范的电路设计图。 2.设计技巧： （1）用电器互不影响、各用电器由对应开关控制，两用电器并联，各支路的用电器与对应的控 制开关串联。 （2）用电器工作有先后顺序，两用电器并联，先工作的用电器由干路开关控制，后工作的用电 器由该支路开关控制。 （3）多个开关同时闭合，电路才工作，开关串联；任意一个开关均可接通电路，开关并联。 （4）开关断开、用电器工作，开关闭合，用电器不工作，开关单独与不工作用电器并联。 【例4】共享助力车需扫码且戴头盔才能启动。扫码和戴头盔相当于闭合开关。骑行前，扫码成功指示灯L亮，但电机不工作；从车筐取出头盔并戴上后，电动机才通电工作；若只戴头盔不扫码则无法骑行。下列电路符合以上设计要求的是（     ） A．B．C． D． 【答案】C 【解析】A．闭合S1（扫码）时，指示灯L亮，电机工作；再闭合S2（戴上头盔）时，电机被短路，无法正常工作，故A不符合题意； B．闭合S1（扫码）时，电机工作；再闭合S2（戴上头盔）时，指示灯亮，电机工作，故B不符合题意； C．闭合S1（扫码）时，指示灯亮；再闭合S2（戴上头盔）时，电机工作。只闭合S2（戴上头盔）时，干路开关处于断开状态，电机无法工作，故C符合题意； D．该电路图中电机画在交叉相连的导线连接处，为错误画法，故D不符合题意。 故选C。 【变式4-1】公交车后门的两侧扶手上各装有一个按钮开关S2、S3，在闭合开关S1的情况下，乘客只要按下其中任何一个按钮开关，驾驶台上的指示灯L 都会发光提醒驾驶员。下列设计符合要求的是（     ） A．B． C． D． 【答案】A 【解析】要求闭合S1后，按下S2或S3中任意一个，灯L都能发光。这说明S1在干路起总控作用，而S2和S3互不影响，应并联在支路中共同控制灯泡。故选A。 【变式4-2】 汽车中，设置了多项保障驾驶员和乘客安全的措施。安全带是乘客的“生命带”。车辆行驶过程中，若未系安全带，相当于开关断开，会有语音播报提醒；系上安全带后，相当于开关闭合，语音播报停止。下列电路设计符合上述要求的是（     ） A．B． C． D． 【答案】A 【解析】由题意得，未系安全带（开关断开）时，语音播报工作；系上安全带（开关闭合）时，语音播报停止，且不能造成电源短路。 A．安全带开关和语音播报并联，保护电阻R在干路。 开关断开（未系安全带）时，电流通过语音播报，语音工作提醒；开关闭合（系安全带）时，语音播报被短路，停止工作，干路的R避免电源短路，故A符合题意； B．语音播报和安全带开关串联，开关断开（未系安全带）时，整个电路断路，语音不工作，故B不符合题意； C．安全带开关和电阻R并联，语音播报在干路，无论开关断开或闭合，语音播报始终接入电路工作，不会停止，故C不符合题意； D．安全带开关在干路，开关断开（未系安全带）时，整个电路断路，语音不工作，故D不符合题意。 故选A 。 模块三 课后作业 一、选择题 1． 《中国诗词大会》第四季冠军赛在两位理工科才女之间展开，比赛中用到了抢答器，其原理是任意一位选手按下抢答键时显示屏亮灯，如图所示（红灯或绿灯）同时扬声器发出声音。以下符合这一要求的电路是（     ） A．B．C．D． 【答案】C 【解析】C．根据题意，任意一位选手按下抢答键，对应灯亮，同时扬声器一定发声，由此分析电路要求：红灯和绿灯可以独立工作，因此两灯是并联，每个灯的支路各有一个开关控制；不管哪个灯亮，扬声器都需要工作，因此扬声器要接在干路中，故C符合要求； A．红灯与抢答开关S1和抢答器串联、绿灯与抢答开关S2串联，两条支路并联；闭合抢答开关S2，扬声器不工作，故A不符合要求。 B．扬声器接在支路中，只闭合抢答开关S1，扬声器不会发声，故B不符合要求。 D．不闭合总开关时，即使按下抢答开关两个灯及扬声器也无法工作，故D不符合要求。 故选C。 2．中国高铁技术世界领先，给人们出行带来极大的便利。乘客进站时，需同时通过身份证验证（相当于闭合S1）和人脸识别（相当于闭合S2），方可开启闸机M。下列电路设计符合要求的是（　　） A B.C. D. 【答案】A 【解析】A.由题意可知，当S1、S2都闭合时，方可开启闸机M，图中两开关串联，当S1、S2都闭合时，电动机才能工作，故A符合题意； B.两个开关并联，只要闭合一个开关，电动机就工作，故B不符合题意； C.只闭合S2时，电动机工作，闭合S1时，电源短路，故C不符合题意； D.只闭合S1时，电动机工作，再闭合S2时，电源短路，故D不符合题意。 故选A。 3．东莞地铁1号线于2025年11月28日正式开通，通过检票处实施“验检合一”，当身份信息或人脸信息符合时（相当于闭合开关），电动机转动，打开闸门直达站台，下列电路设计符合要求的是（     ） A．B．C．D． 【答案】B 【解析】根据题意，只要身份信息或人脸信息任意一个验证通过，即对应任意一个开关闭合，电动机就会工作打开闸门，因此两个开关应为并联，且电动机需要在干路，保证任意开关闭合都能给电动机供电。 A．两个开关串联，必须两个开关同时闭合电动机才能工作，不符合要求，故A不符合题意； B．两个开关并联，电动机接在干路，任意闭合一个开关都能接通电路使电动机工作，符合要求，故B符合题意； C．电动机只接在身份信息开关的支路，若闭合人脸信息开关，会直接造成电源短路，电动机无法工作，故C不符合题意； D．电动机只接在人脸信息开关的支路，若闭合身份信息开关，会直接造成电源短路，电动机无法工作，故D不符合题意。 故选B。 4．如图所示的无人机，当开关闭合S1时，电动机工作，无人机起飞；当电动机处于工作状态时，闭合S2无人机会开启照明模式。图中的电路图符合要求的是（     ） A．B．C．D． 【答案】B 【解析】由题意可知，电动机和灯泡并联，S1控制电动机，S2控制灯泡，且S1在干路上。 A．闭合S2，无人机的电动机工作，与题干条件不符，故A不符合题意； B．电动机与灯泡并联，S1为干路开关控制整个电路，闭合S1后电动机直接工作，S2为灯泡支路开关仅控制灯泡，故B符合题意； C．电动机和灯泡并联，S2控制电动机，S1控制灯泡，与题干条件不符，故C不符合题意； D．电动机和灯泡串联，与题干条件不符，故D不符合题意。 故选B。 5．饮料自动售卖机可通过扫码付款（开关S1）或投币（开关S2）启动电动机，售卖机吐出瓶装饮料，同时指示灯发光；指示灯损坏时，售卖机仍能正常出饮。如图电路中，符合要求的是（　　） A．B．C．D． 【答案】B 【解析】AC．两个开关是串联关系，当只扫码付款或只投币时，电动机不能工作，故AC不符合题意； B．两个开关是并联关系，当只扫码付款或只投币时，电动机都能工作；电动机和指示灯也是并联关系，则指示灯损坏时，电动机还可以继续工作，故B符合题意； D．电动机和指示灯是串联关系，当指示灯损坏时，电动机也无法工作，故D不符合题意。 故选B。 6．汽车在行驶的过程中司机可以通过“灯语”跟其他车的司机进行交流，比如汽车转向灯。在汽车准备左转弯时左转向灯亮，准备右转弯时右转向灯亮，这就是在告诉其他司机：我要转弯了。但不能出现操作转向开关，左、右转向灯同时亮的情况。下列设计最合理的是（     ） A．B．C． D． 【答案】C 【解析】A．两个独立开关S1、S2，可以同时闭合，导致左右侧灯一起亮，左侧和右侧前后两灯串联，若其中一盏烧坏，同侧另一盏也不亮，故A不符合题意； B．单刀双掷开关S，拨向a，左侧两盏转向灯通电亮起；拨向b，右侧两盏转向灯通电亮起，但左侧和右侧前后两灯串联，若其中一盏烧坏，同侧另一盏也不亮，不符合汽车转向灯设计，故B不符合题意； C．单刀双掷开关S，拨向a，左侧两盏转向灯通电亮起；拨向b，右侧两盏转向灯通电亮起。开关只能接a或b，左右侧灯无法同时点亮；同侧两灯并联，一盏损坏另一盏正常工作，故C符合题意； D．两个独立开关S1、S2，可同时闭合，左右侧灯同时发光，故D不符合题意。 故选C。 7．如图是某品牌榨汁机，为保障使用安全，该榨汁机设置了双重开关——电源开关S1和安全开关S2，当杯体倒扣在主机上时，S2自动闭合，此时再闭合S1，电动机才能启动，开始榨汁。下列电路图符合上述要求的是（     ） A．B．C． D． 【答案】A 【解析】A．S1、S2串联，只有两个开关都闭合，电路才导通，电机工作，故A符合题意； B．S1、S2并联，闭合任意一个开关电机就能工作，不符合双重安全开关要求，故B不符合题意； C．S1在干路，只闭合S1电机就通电，不需要闭合SS2，故C不符合题意； D．S1并联在电机两端，只闭合S2电机就工作；若同时闭合S1、S2，电机被短路，不工作，故D不符合题意。 故选A。 二、填空题 8．如图甲是博物馆文物展示场景，文物置于带玻璃罩的展示台上，展示台工作电路如图乙所示。当工作电路的开关S闭合时，金属片B在文物重力作用下与金属片A、C连通，表示文物安全；文物被取走，弹簧将金属片B弹起，金属片B与A、C_____，此时工作的用电器是_____。 【答案】断开 灯和电铃 【解析】[1][2]由图可知，金属片B相当于开关；当工作电路的开关S闭合且物品在展示台上时，金属片在文物重力作用下与金属片、连通，把电铃短路，电铃不响，灯亮；文物被取走，金属片B在弹力作用下与金属片AC分开时，灯和电铃串联，此时灯亮铃响，这时工作的用电器有灯和电铃。 9．应急照明灯是一种在正常供电中断时，自动启动的备用照明装置。图甲是学校走廊安装的某款应急照明灯，图乙是其简化原理图。供电系统正常供电时，自动开关S接1，应急灯、不发光，此时蓄电池________（填“充电”或“放电”）。供电系统停电时，自动开关S接2，指示灯________（填“发光”或“不发光”），应急灯、并联的优点是：________。 【答案】充电 不发光 一盏灯损坏时另一盏灯仍然可以发光（或各灯独立工作，互不影响）（合理即可） 【解析】当供电系统正常供电时，蓄电池相当于用电器，故此时蓄电池充电；当供电系统停电时，蓄电池相当于电源，此时开关S接2，指示灯L3处于断路状态不发光；应急灯L1、L2并联接入电路，由于并联电路互不影响，故若一盏灯损坏，另一盏灯仍然可以发光。 10．国庆放假期间，小明一家去旅游，住宾馆时他发现很多与物理有关的知识。将房卡插入卡槽中（如图甲），房间内的用电器才能工作，房卡相当于电路中的______。房间里的路由器（如图乙）通过后排的接口可以同时连接多台电脑独立上网，各接口之间是______（选填“串联”或“并联”）的。房间窗户装有电动窗帘，其主要由电源、指示灯L和电动机M组成，闭合开关S1，指示灯L亮；再闭合开关S2，电动机M开始工作；断开开关S1，电动机M停止工作；如图丙所示电路中符合要求的是______。 【答案】 开关 并联 B 【解析】房卡插入槽中房间内用电器才能工作，拔出则停止工作，即房卡控制着房间内所有用电器的通断，所以房卡相当于电路中的开关。 路由器的各接口连接多台电脑能独立上网，一台电脑不工作不影响其他电脑，根据并联电路各支路用电器工作时互不影响的特点，可知各接口之间是并联的。 分析电动窗帘的工作情况，闭合开关S1，指示灯L亮；再闭合开关S2，电动机M开始工作；断开开关S1，电动机M停止工作；这表明指示灯和电动机可以各自独立工作，所以该电路为并联电路，且开关S1在干路中控制整个电路，开关S2只控制电动机M。 A．指示灯L和电动机M并联，开关S1指示灯L在一条支路，开关S1只控制指示灯L，故A不符合题意； B．指示灯L和电动机M并联，开关S1在干路，开关S2控制电动机M，故B符合题意； C．指示灯L和电动机M并联，开关S1指示灯L在一条支路，开关S1只控制指示灯L，故C不符合题意； D．指示灯L和电动机M串联，两个开关串联在电路中，故C不符合题意。 故选B。 11．如图是一种防倾斜报警电路的原理图，通过电铃、规格相同的两只灯泡提示被检测装置的倾斜情况，S为重力开关，金属棒a可绕悬挂点O自由转动，报警电路固定在某一物体上，当物体处于竖直方向时，a在导线A、B中间；当物体向左偏离竖直方向时，a随之转动与A连接，灯泡L1亮，电铃______（选填“响”或“不响”）；该电路可通过______（选填“灯泡”或“电铃”）的工作状态判断物体倾斜的方向。 【答案】响 灯泡 【解析】a随之转动与A连接，灯泡L1与电铃串联，灯泡L1亮，电铃响。当a向左偏转到与A连接时，灯泡L1亮；当a向左偏转到与B连接时，灯泡L2亮，该电路可通过灯泡的工作状态判断物体倾斜的方向。 12．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 【解析】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。 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。 三、作图题 13．如图是电吹风内部的简易电路图，只闭合开关S2时，吹冷风；开关S1、S2都闭合时，吹热风；单独闭合开关S1，电吹风不工作。请按上面的要求把电路连接完整。 【答案】 【解析】根据题意分析，只闭合开关S2时吹冷风，开关 S1、S2 都闭合时吹热风，说明S1控制电热丝且位于支路，S2位于干路，电动机与电热丝并联。单独闭合S1电吹风不工作，进一步验证S2在干路、S1在电热丝支路；连接电路时先将220V电源、开关S2、电动机，依次首尾相接串联起来，将电热丝和开关串联组成独立支路，再将这个支路的两端分别并联在电动机的两个接线端上。据此作图。 14．如图为一个具有按摩和加热功能的家用足浴盆，其内部电路元件可简化为三个开关、一个电动机和一个发热电阻。其中一个电源开关，电动机和发热电阻既可以单独工作，又可以同时工作。请在相应位置画出此家用足浴盆内部元件的简化电路图（电源部分已画出）。 【答案】 【解析】由题可知，电动机和发热电阻既可以单独工作，又可以同时工作，说明电动机与电阻互不影响，各自独立有开关控制，是并联，两个开关分别控制电动机和发热电阻。同时还有一个电源开关，在干路中控制所有用电器。据此作图。 15．济南高铁站的自助检票闸机采取“人证合一”核验，提高乘客进站的效率。闸机读取身份证信息成功后相当于闭合开关S1，同时摄像头扫描人脸进行识别，验证成功后相当于闭合开关S2，电动机才能转动开启闸机，乘客可通行；两种信息核验缺一不可。请在答题纸指定位置的虚线框内画出符合上述要求的电路图。 【答案】 【解析】由题意可知，只有当身份证和人脸识别都验证成功后，闸机才会开启，即只有开关S1、S2都闭合时电动机才会工作，所以这两个开关是串联的，因此将S1、S2与电动机、电源顺次连接，就能满足题目的要求。 第 15 页 共 16 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.4 跨学科实践：电路创新设计展示模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 节日的夜晚，街道两旁五光十色的彩灯为城市增添了浓厚的喜庆气氛。但是，如果你仔细观察，可能会发现一个令人烦恼的现象：只要其中一盏小灯泡的灯丝烧断了，整串彩灯都会黯然失色。而在医院的病房里，当病人按下床头的呼叫按钮时，护士值班室不仅能亮起指示具体床位的灯光，还会响起清脆的电铃声。从节日彩灯的“牵一发而动全身”，到医院呼叫系统的“精准定位与声光联动”，这些奇妙的现象背后隐藏着怎样的电路奥秘？今天，就让我们化身“小工程师”，通过电路的创新设计，用物理知识解决生活中的实际问题！ 【知识点1 改进小彩灯的连接电路】知识归纳 1．原电路及其缺点： 小彩灯串联，电流只有一条路径，如果其中任何一个灯泡发生开路（如灯丝烧断），整个电路就会变成断路，导致所有灯泡熄灭。 2．改进方法： 改进方法 电路图 优点 缺点 全并联 任一灯泡损坏均不影响其他灯泡工 电源适配复杂，对干路电流和电源电压要求高，成本较高 两两并联再串联 任一灯泡损坏时，其所在并联组的另一灯泡仍可导通 相同长度的彩灯需更多灯泡，成本较高，且电路复杂度增加 【例1】某厂家为了提高彩灯的可靠性，设计了一种新型小彩灯，其内部有两根灯丝。当主灯丝烧断时，副灯丝会自动导通。这种设计在电路连接上等效于（ ） A. 两根灯丝串联 B. 两根灯丝并联 C. 只保留一根灯丝 D. 无法等效 【变式1-1】经常用来做装饰的小彩灯，若一个坏了，只是这个灯不亮，但若将此灯或其它某个灯拔掉，这一串就都不亮，则灯与灯是 联的。马路的路灯，灯与灯是 联的。 【变式1-2】为了装饰晚会，同学们将许多小彩灯串联起来挂在黑板上。但在测试时发现，只要拧松其中一个小灯泡，整串彩灯就全部熄灭了。为了改进这个电路，下列方案中最合理且兼顾成本的是（ ） A. 将所有小彩灯改为全并联连接 B. 将每两个小彩灯并联为一组，再将各组串联起来 C. 在电路中串联一个更大的电源 D. 在每个小彩灯旁边再串联一个小彩灯 【知识点2 “回答问题正确”显示器】 1．原理：问题与正确答案通过导线连通形成通路。 2．现象：回答正确亮灯（通路），错误不亮（开路）。 3．改进：双灯指示，绿灯亮表正确，红灯亮表错误。 【例2】在跨学科实践活动中，小成设计了如图所示的“回答问题正确”显示器，硬纸板左右两排曲别针分别代表问题与答案，接线头A接触“问题”曲别针、B接触“答案”曲别针，只有答案正确时灯泡才发光。为实现上述功能，正确答案对应的左右曲别针之间应是 （选填“通路”或“断路”）状态；若要同时显示多道题的作答情况，让每道题对应一盏独立的指示灯，则各题的电路应采用 （选填“串联”或“并联”)方式连接。 【变式2-1】物理兴趣小组制作了一个“回答问题正确显示器”。在硬纸板背面，问题1与答案2用导线相连，问题2与答案1用导线相连。当接线头A接触问题1，接线头B接触答案2时，小灯泡发光。下列说法正确的是（ ） A. 此时电路处于开路状态 B. 此时电路处于通路状态 C. 若B接触答案1，灯泡也会发光 D. 该显示器中灯泡与电源是并联的 【变式2-2】在设计“回答问题正确显示器”时，为了实现“回答正确绿灯亮，回答错误红灯亮”的功能，下列电路连接方式正确的是（ ） A. 绿灯和红灯串联在电路中 B. 绿灯与正确答案连通，红灯与错误答案连通，绿灯和红灯并联 C. 绿灯与错误答案连通，红灯与正确答案连通，绿灯和红灯并联 D. 只需要一个灯泡，通过改变电源正负极来改变颜色 【知识点3 病房呼叫电路】 1．基本功能：各病床的呼叫开关与值班室对应的指示灯串联后，再并联接入电路。这样既能独立显示呼叫床位，又互不影响。 2．功能升级改进：为了在呼叫时增加声音提示，只需在电路的干路中串联一个电铃。这样任一床位按下开关，对应灯亮的同时，干路电铃也会发声。 【例3】某医院病房需要设计呼叫电路。要求：当1号床病人按下开关时，值班室的1号灯亮且电铃响；当2号床病人按下开关时，2号灯亮且电铃响。下列电路设计符合要求的是（ ）A. 1号灯和2号灯串联，电铃接在干路 B. 1号灯与1号开关串联，2号灯与2号开关串联，两者再并联，电铃接在干路 C. 1号灯与1号开关串联，2号灯与2号开关串联，两者再并联，电铃与1号灯串联 D. 1号灯与电铃串联，2号灯与电铃串联，两者再并联 【变式3-1】设计一个病房呼叫电路，要求:按下病人床头开关，值班室的电铃会响，对应的 示灯亮，提醒护士哪位病人需要护理。下列电路图中，最合理的是（ ） A．B．C．D． 【变式3-2】在医院住院部，病人需要护理时，闭合床头开关。 （1）设计呼叫电路时，下列因素中，不需要考虑的是___________； A．护士工作很忙，要用多种信号提醒 B．能够确定呼叫发出的位置 C．呼叫信号强弱合适 D．值班室是否有护士值班 （2）小李同学以一个病房只有一张病床为例，设计了如图1所示的电路。该电路能不能达到呼叫目的？ 答：___________； （3）当一个病房有三张病床时，小杨同学设计的电路如图2所示，小张同学设计的电路如图3所示。对比这两个电路，合理的是___________。 【知识点4 电路的设计注意事项好技巧】 1．在进行电路设计时，需要注意以下几点： (1)通过分析设计要求，弄清本次设计需要用到的或者允许用到的元件有哪些，不可添加或删减。 (2)通过分析设计要求，确定元件之间是串联还是并联，开关是如何控制各个元件的。 (3)根据分析的结果，先画出草图，再对照设计要求进行检验，不符合要求的部分进行调整和修改，经检查确认无误后，即可画出规范的电路设计图。 2.设计技巧： （1）用电器互不影响、各用电器由对应开关控制，两用电器并联，各支路的用电器与对应的控 制开关串联。 （2）用电器工作有先后顺序，两用电器并联，先工作的用电器由干路开关控制，后工作的用电 器由该支路开关控制。 （3）多个开关同时闭合，电路才工作，开关串联；任意一个开关均可接通电路，开关并联。 （4）开关断开、用电器工作，开关闭合，用电器不工作，开关单独与不工作用电器并联。 【例4】共享助力车需扫码且戴头盔才能启动。扫码和戴头盔相当于闭合开关。骑行前，扫码成功指示灯L亮，但电机不工作；从车筐取出头盔并戴上后，电动机才通电工作；若只戴头盔不扫码则无法骑行。下列电路符合以上设计要求的是（     ） A．B．C． D． 【变式4-1】公交车后门的两侧扶手上各装有一个按钮开关S2、S3，在闭合开关S1的情况下，乘客只要按下其中任何一个按钮开关，驾驶台上的指示灯L 都会发光提醒驾驶员。下列设计符合要求的是（     ） A．B． C． D． 【变式4-2】 汽车中，设置了多项保障驾驶员和乘客安全的措施。安全带是乘客的“生命带”。车辆行驶过程中，若未系安全带，相当于开关断开，会有语音播报提醒；系上安全带后，相当于开关闭合，语音播报停止。下列电路设计符合上述要求的是（     ） A．B． C． D． 模块三 课后作业 一、选择题 1． 《中国诗词大会》第四季冠军赛在两位理工科才女之间展开，比赛中用到了抢答器，其原理是任意一位选手按下抢答键时显示屏亮灯，如图所示（红灯或绿灯）同时扬声器发出声音。以下符合这一要求的电路是（     ） A．B．C．D． 2．中国高铁技术世界领先，给人们出行带来极大的便利。乘客进站时，需同时通过身份证验证（相当于闭合S1）和人脸识别（相当于闭合S2），方可开启闸机M。下列电路设计符合要求的是（　　） A B.C. D. 3．东莞地铁1号线于2025年11月28日正式开通，通过检票处实施“验检合一”，当身份信息或人脸信息符合时（相当于闭合开关），电动机转动，打开闸门直达站台，下列电路设计符合要求的是（     ） A．B．C．D． 4．如图所示的无人机，当开关闭合S1时，电动机工作，无人机起飞；当电动机处于工作状态时，闭合S2无人机会开启照明模式。图中的电路图符合要求的是（     ） A．B．C．D． 5．饮料自动售卖机可通过扫码付款（开关S1）或投币（开关S2）启动电动机，售卖机吐出瓶装饮料，同时指示灯发光；指示灯损坏时，售卖机仍能正常出饮。如图电路中，符合要求的是（　　） A．B．C．D． 6．汽车在行驶的过程中司机可以通过“灯语”跟其他车的司机进行交流，比如汽车转向灯。在汽车准备左转弯时左转向灯亮，准备右转弯时右转向灯亮，这就是在告诉其他司机：我要转弯了。但不能出现操作转向开关，左、右转向灯同时亮的情况。下列设计最合理的是（     ） A．B．C． D． 7．如图是某品牌榨汁机，为保障使用安全，该榨汁机设置了双重开关——电源开关S1和安全开关S2，当杯体倒扣在主机上时，S2自动闭合，此时再闭合S1，电动机才能启动，开始榨汁。下列电路图符合上述要求的是（     ） A．B．C． D． 二、填空题 8．如图甲是博物馆文物展示场景，文物置于带玻璃罩的展示台上，展示台工作电路如图乙所示。当工作电路的开关S闭合时，金属片B在文物重力作用下与金属片A、C连通，表示文物安全；文物被取走，弹簧将金属片B弹起，金属片B与A、C_____，此时工作的用电器是_____。 9．应急照明灯是一种在正常供电中断时，自动启动的备用照明装置。图甲是学校走廊安装的某款应急照明灯，图乙是其简化原理图。供电系统正常供电时，自动开关S接1，应急灯L1、L2不发光，此时蓄电池________（填“充电”或“放电”）。供电系统停电时，自动开关S接2，指示灯L3________（填“发光”或“不发光”），应急灯L1、L2并联的优点是：________。 10．国庆放假期间，小明一家去旅游，住宾馆时他发现很多与物理有关的知识。将房卡插入卡槽中（如图甲），房间内的用电器才能工作，房卡相当于电路中的______。房间里的路由器（如图乙）通过后排的接口可以同时连接多台电脑独立上网，各接口之间是______（选填“串联”或“并联”）的。房间窗户装有电动窗帘，其主要由电源、指示灯L和电动机M组成，闭合开关S1，指示灯L亮；再闭合开关S2，电动机M开始工作；断开开关S1，电动机M停止工作；如图丙所示电路中符合要求的是______。 11．如图是一种防倾斜报警电路的原理图，通过电铃、规格相同的两只灯泡提示被检测装置的倾斜情况，S为重力开关，金属棒a可绕悬挂点O自由转动，报警电路固定在某一物体上，当物体处于竖直方向时，a在导线A、B中间；当物体向左偏离竖直方向时，a随之转动与A连接，灯泡L1亮，电铃______（选填“响”或“不响”）；该电路可通过______（选填“灯泡”或“电铃”）的工作状态判断物体倾斜的方向。 12．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。 三、作图题 13．如图是电吹风内部的简易电路图，只闭合开关S2时，吹冷风；开关S1、S2都闭合时，吹热风；单独闭合开关S1，电吹风不工作。请按上面的要求把电路连接完整。 14．如图为一个具有按摩和加热功能的家用足浴盆，其内部电路元件可简化为三个开关、一个电动机和一个发热电阻。其中一个电源开关，电动机和发热电阻既可以单独工作，又可以同时工作。请在相应位置画出此家用足浴盆内部元件的简化电路图（电源部分已画出）。 15．济南高铁站的自助检票闸机采取“人证合一”核验，提高乘客进站的效率。闸机读取身份证信息成功后相当于闭合开关S1，同时摄像头扫描人脸进行识别，验证成功后相当于闭合开关S2，电动机才能转动开启闸机，乘客可通行；两种信息核验缺一不可。请在答题纸指定位置的虚线框内画出符合上述要求的电路图。 第 8 页 共 9 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $