【分析】
我们可以分两个项目逐步拆解解题思路:
1. 病床呼叫系统部分:
① 第一小问:呼叫电路的设计目标是实现病人呼叫后通知护士,因此设计时需要考虑信号能有效提醒护士、能定位呼叫位置、信号强度合适,值班室有没有护士值班不属于电路设计需要考量的因素,可直接选出答案。
② 第二小问:单张病床的电路,闭合床头开关后,对应的指示灯亮起、电铃响起,完全可以实现呼叫通知护士的目的,因此可直接判断结果。
③ 第三小问:乙图的设计中,所有病床的指示灯没有区分标识,任意一个开关闭合,灯的亮灭状态没有差异,因此无法判断是哪个病床发起的呼叫。
④ 第四小问:要满足各病床互不影响、不同病床对应不同指示灯、电铃每次都响的要求,将每个开关和对应病床的指示灯串联作为独立支路,三个支路并联,电铃接在干路即可满足所有要求。
2. 交通信号灯系统部分:
① 交流评估部分:根据题目给出的开关接1、接2时的通行规则,对应判断各灯的亮灭状态即可。
② 改进提升第一小问:智能信号灯要求红灯L1全程常亮,倒计时的数字灯L2仅在红灯最后9秒工作,说明两个灯互不影响,属于并联,智能开关S只控制数字灯L2的支路,即可选出正确选项。
③ 改进提升第二小问:分析单刀多掷开关接不同档位时的电路通路情况,数出接入电路的灯的数量,根据并联电路各支路独立工作的特点判断连接方式,再结合校门在正南方向的通行要求,判断不能通行的档位。
【解析】
任务一 病床呼叫系统
(1) 呼叫电路的作用是病人发起呼叫后通知值班室护士,设计时需要考虑多信号提醒护士、准确定位呼叫床位、呼叫信号强弱合适,值班室是否有护士值班不属于电路设计需要考虑的要素,因此选D。
(2) 单病床的电路中,闭合床头开关后,电路导通,指示灯发光、电铃发声,可以通知护士有病人呼叫,因此能达到呼叫目的。
(3) 小杨设计的乙图电路,任意一个病床的开关闭合后,所有指示灯的亮灭状态没有差异,护士无法区分是哪个病床发起的呼叫,因此不足之处是能实现呼叫功能,但无法准确判断呼叫的床位。
(4) 设计逻辑:将3个开关分别和对应的不同指示灯串联组成3条独立支路,3条支路并联后整体与电铃、电源串联,电铃在干路,保证任意开关闭合时铃都响,且不同开关闭合对应不同的灯亮,满足所有实验要求。
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任务二 交通信号灯系统
交流评估
(1) 开关接“1”时,满足南北方向行人通行、东西方向车辆等待的要求,因此人行横道绿灯亮,红灯不亮,车辆行驶方向红灯亮,绿灯不亮。
(2) 开关接“2”时,满足南北方向行人等待、东西方向车辆通行的要求,因此人行横道红灯亮,绿灯不亮,车辆行驶方向绿灯亮,红灯不亮。
改进提升
(1) 智能信号灯要求红灯L1全程处于工作状态,数字倒计时灯L2仅在红灯即将变绿的前9秒工作,两灯工作互不影响,属于并联结构,智能控制开关S仅控制数字灯L2的通断,符合要求的是选项D。
(2) ① 单刀多掷开关接“1”时,南北方向的2盏绿灯、东西方向的2盏红灯接入电路,共4盏灯亮起,各灯两端电压都等于电源电压,工作互不影响,属于并联。
② 正南方是学校大门,同学们前往学校走南北向人行横道,只有南北向绿灯亮起时才能通行,开关接3时南北方向红灯亮起,此时不能通过人行横道。
【答案】
【思考设计】
(1) D
(2) 能
(3) 能达到呼叫的目的,但不能准确判断床位
(4) 三个开关分别与对应不同的指示灯串联为独立支路,三个支路并联后与干路的电铃、电源串联(对应题目给出的图1所示电路)
【交流评估】
(1) 亮 不亮 亮 不亮
(2) 亮 不亮 亮 不亮
【改进提升】
(1) D
(2) ① 四 并 ② 3
【知识点】
串并联电路设计,生活电路应用,电路通路判断
【点评】
本题以病床呼叫、交通信号灯两个真实生活场景为载体,考察串并联电路特点的实际应用,引导学生将课本电学知识和生活实际结合,解题时抓住“用电器互不影响优先选择并联结构”的核心设计思路,区分功能元件应该放在支路还是干路,就能顺利完成电路设计和判断。
【难度系数】
0.6