2017-2018學(xué)年高中物理第六章傳感器第3節(jié)實驗：傳感器的應(yīng)用教學(xué)案新人教版選修3-2

1、第3節(jié)實驗：傳感器的應(yīng)用0 0 實驗扣能實驗扣能- -清清楚清清楚一一一、 實驗?zāi)康? 利用斯密特觸發(fā)器設(shè)計光控開關(guān)電路和溫度報警器。2 提高電子技術(shù)方面的設(shè)計和制作能力。二、 實驗原理1 光控開關(guān)電路如圖 6-3-1 所示。(2) 斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一個性能特殊的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端 A 的電壓逐漸上升到某個值(1.6 V)時，輸出端 Y 會突然從高電平跳到低電平(0.25 V),而當(dāng)輸入端 A 的電壓下降到另一個值的時候(0.8 V) , Y 會從低電平跳到高電平(3.4 V)。(3) 光控開關(guān)的工作原理：白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻甩阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸

2、入端 A 的電壓較低，則輸出端 Y 輸出高電平，發(fā)光二極管 LED 不導(dǎo)通；當(dāng)天暗到一定 程度時，F(xiàn)G阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A 的電壓上升到 1.6 V，輸出端 Y 突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管 LED 導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈)，這樣就達(dá)到了使路燈天明自動熄滅，天暗自動開啟的目的。2 溫度報警器(1)電路如圖 6-3-2 所示。(2)工作原理： 常溫下，調(diào)節(jié)R的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端 A 處于低電平，則輸出端 Y 處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻FT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端 A 的電壓升高，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時，其輸出端 Y 由

3、高電平跳到低 電平，蜂2鳴器通電，從而發(fā)出報警聲。R的阻值不同，則報警溫度不同，可以通過調(diào)節(jié)R來調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏度。三實驗器材31 光控開關(guān)實驗斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V , 0.3A、可變電阻R(最大阻值 51 kQ)、電阻R2(330Q)、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、黑紙。2 溫度報警器實驗斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R(最大阻值 1 kQ)、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、燒杯(盛有熱水)。四實驗步驟1 光控開關(guān)(1) 按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。(2) 檢查各元件的連接，確保無誤。(3) 接

4、通電源，調(diào)節(jié)電阻R,使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮。(4) 用黑紙逐漸遮住光敏電阻， 觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。(5) 逐漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。2 溫度報警器(1) 按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。(2) 檢查各元件的連接，確保無誤。(3) 接通電源，調(diào)節(jié)電阻R,使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。(4) 用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。(5) 將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。z蘆五、注意事項1 安裝前，對器材進(jìn)行測試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。2光控開關(guān)實驗中，二極管連入電路的極性不能反接，否則繼電器不能正常工作。3光控開關(guān)實驗中要

5、想天更暗時“路燈”才會亮，應(yīng)該把R的阻值調(diào)大些。4溫度報警器實驗中，要使蜂鳴器在更低的溫度時報警，應(yīng)該把R的阻值調(diào)大些。盤常盤?？碱}點考題點 明明明明白白白白/ /例 1(多選)圖 6-3-3 甲表示斯密特觸發(fā)器，當(dāng)加在它的輸入端 A 的電壓逐漸上升到某個值(1.6 V)時，輸出端 Y 會突然從高電平跳到低電平(0.25 V)，而當(dāng)輸入端 A 的電壓下降到另一個值(0.8 V)的時候，Y 會從低電平跳到高電平(3.4 V)。圖乙為一光控電路，用發(fā) 光二極管 LED模仿路燈，RG為光敏電阻。下列關(guān)于斯密特觸發(fā)器和光控電路的說法中正確的4圖 6-3-3A. 斯密特觸發(fā)器的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬

6、信號B. 斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門C.要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R 的阻值調(diào)大些D. 當(dāng)輸出端 Y 突然從高電平跳到低電平時，發(fā)光二極管發(fā)光 思路點撥解答本題的關(guān)鍵：(i)知道斯密特觸發(fā)器的工作原理，了解非門電路的特點及其表示符號明白光敏電阻甩的阻值的大小隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小。(3)知道二極管的單向?qū)щ娦?。解析斯密特觸發(fā)器是一種特殊的非門，它能把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號，選項 A 錯誤，B 正確；如果把R的阻值調(diào)大些，則只有 丘的阻值達(dá)到更大值時，才 能使斯密特觸發(fā)器的 A 端電壓達(dá)到某個值(1.6 V)，即達(dá)到天更暗時路燈才會亮的目的，選 項 C 正確；當(dāng)輸出端

7、 Y 突然從高電平跳到低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，選項D 正確。答案BCD例 2現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖 6-3-4 所示，試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一值時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程。思路點撥熱敏電阻與滑動變阻器及電磁繼電器組成控制電路。解析電路圖如圖所示。、戶IFRE |S電硝樂占器bo_I3電爐準(zhǔn)電爐絲乙電磁繼電胖圖 6-3-45工作過程：閉合 S,當(dāng)溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能吸 合銜鐵，K接通電爐絲加熱。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼

8、電器 的電流達(dá)到某值，K斷開，電爐絲斷電，停止加熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計值，又重復(fù)前述過程。6答案見解析例 3為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用 光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx）。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度（lx）0.20.40.60.81.01.2電阻(kQ)754028232018如圖 6-3-6 所示，當(dāng) 1、2 兩端所加電壓上升至請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路， 給 1、2 兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至 lx 時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖

9、。（不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響提供的器材如下:開關(guān) S 及導(dǎo)線若干。解析（1）如圖甲所示，光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。電路原理圖如圖乙所示， 根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E= 3 V,當(dāng)照度降低至說明阻值隨照度變化的特點。2 V 時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。1.0光敏電阻直流電源定值電阻:R3（符號-尸-，阻值見上表）；E（電動勢 3 V ,內(nèi)阻不計）;0a2040,60.BWlr214m度低甲1.0FP圖 6-3-6（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖 6-3-5 中給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并圖 6-3-5電pn/ku80706050403020107lx 時，

10、由圖線知，此時光敏電阻20 kQ, *=2 V,串聯(lián)電阻分壓lh= 1 V,由U=R2 得F=刁=10 kQ,故選定值電阻Ro8答案見解析戢戢跟蹤訓(xùn)練跟蹤訓(xùn)練dL扎實實扎實實1. 如圖 6-3-7 所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為0，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷（）i圖 6-3-7A.0 = 0B. 0v 0C.0 0D.不能確定0和0的關(guān)系解析：選 B 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，開始時有光照射，光敏電阻的阻值較小，當(dāng)手掌擋住部分光線時，光敏電阻的阻值增大，因為歐姆表的零刻度在表盤的右側(cè)，所以

11、歐姆表測電阻時，阻值越大，指針偏角越小，所以選項B 正確。2. 如圖 6-3-8 所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞0點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C D為四個接線柱。電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是（）電壓變化使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C D接通或斷開，進(jìn)而起到控制作用，故正確答案為 A。3.某儀器內(nèi)部的電路如圖6-3-9 所示，其中M是一個質(zhì)量較大的金屬塊，左右兩端分A. A與B接信號電壓,B. A與B接信號電壓,C. C與D接信號電壓,D. C與D接信號電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)C與D跟被控電路并聯(lián)A與B跟被控電

12、路串聯(lián)A與B跟被控電路并聯(lián)解析：選 A由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號A B C D圖 6-3-89別與金屬絲制成的彈簧相連，并套在光滑水平細(xì)桿上，a b、c三塊金屬片間隙很小（b固定在金屬塊上）。當(dāng)金屬塊處于平衡時兩根彈簧均處于原長狀態(tài)，若將該儀器固定在一輛汽車10上，下列說法正確的是（）A. 當(dāng)汽車加速前進(jìn)時, 甲燈亮B. 當(dāng)汽車加速前進(jìn)時, 乙燈亮C. 當(dāng)汽車剎車時，乙燈亮D.乍的后部M圖 6-3-9當(dāng)汽車剎車時，甲、乙燈均不亮解析：選 B 汽b、進(jìn)時，b與a接觸，乙燈亮；當(dāng)剎車時,4.某電容式話筒的原理示意圖如圖金屬極板。對著話筒說話時,A.B.C.D

13、.前向的方帀遊c金屬片不接觸，所以甲、乙燈都不亮，當(dāng)加速前b與c接觸，甲燈亮，故選 B。6-3-10 所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩P振動而Q可視為不動。在P、Q間距增大過程中（）P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大P上電荷量保持不變M點的電勢比N點的低M點的電勢比N點的高1 /X、亠圖 6-3-10jr、J解析：選 D 由可知PQ間距離d增大時電容C減小，A 項錯誤。電容減小將4nkdz丁丄勢，所以 C 項錯誤 D 項正確。5.在制作光控電路實驗中，某同學(xué)按圖6-3-11 所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，原因不可能是R11A.二極管兩極接反C. R

14、 阻值太小圖 6-3-11B. R 與甩位置顛倒D.燈泡被斷路12解析：選 C 由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負(fù)向電壓，無法導(dǎo)通， 燈泡不亮，A 項可能；若R與FG位置顛倒，則光線較暗時，Y 端為高電平，二極管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B 項可能；若R阻值太小，Y 端一直為低電平，燈泡一直發(fā)光，C 項不可能；燈泡斷路時無法發(fā)光，D 可能。6. （2016 北京卷）熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護(hù)裝置中。圖 6-3-12 為某種熱敏 電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時導(dǎo)電能力 _（選填“增強(qiáng)”或“減弱”）;相對金屬熱電阻而言， 熱敏電阻對溫度變

15、化解析：由R-t圖像可知，熱敏電阻在溫度上升時電阻減小，則導(dǎo)電能力增強(qiáng)。相對金屬熱電阻，熱敏電阻在相同的溫度變化情況下電阻變化大，則熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更敏感。答案：增強(qiáng) 敏感K 后，延時開關(guān) S 約在 1 min 后斷開，電燈熄滅。根據(jù)上述信息和原理圖，我們可推斷:a,圖 6-3-13按鈕開關(guān) K 按下前，發(fā)光二極管是 _ （填“發(fā)光的”或“熄滅的”），按鈕開關(guān) K按下再釋放后，電燈 L 發(fā)光持續(xù)時間約 _min。這一過程中發(fā)光二極管是 _ 。限流電阻R的阻值和燈絲電阻R相比，應(yīng)滿足R_ FL的條件。解析：開關(guān) K 按下前，S 為斷開，有電流經(jīng)過發(fā)光二極管，故發(fā)光二極管是發(fā)光的。當(dāng)按下開

16、關(guān) K 后，延時開關(guān) S 閉合，二極管和R被短路，二極管不發(fā)光，由于延時開關(guān)S 約 1min 后斷開，故電燈 L 能持續(xù)發(fā)光 1 min，由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流 通過就能的響應(yīng)更7.目前有些居民區(qū)內(nèi)樓道燈的控制,使用的是一種延時開關(guān)。該延時開關(guān)的簡化原理如圖 6-3-13 所示。圖中D是紅色發(fā)光二極管（只要有很小的電流通過就能使其發(fā)出紅色亮光R為限流電阻，K 為按鈕式開關(guān)，虛線框內(nèi)S 表示延時開關(guān)電路，當(dāng)按下 K 接通電路瞬間,延時開關(guān)觸發(fā)，相當(dāng)于S 閉合，這時釋放（選填“敏感”13發(fā)光，故應(yīng)滿足R? R。14答案：發(fā)光的 1 熄滅的？& （2016 全國乙卷）現(xiàn)要

17、組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過 60C時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警），電阻箱（最大阻值為 999.9Q），直流電源（輸出電壓為U內(nèi)阻 不計），滑動變阻器R（最大阻值為 1 000Q），滑動變阻器F2（最大阻值為 2 000Q），單刀 雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為 18 V ,lc約為 10 mA;流過報警器的電流超過20 mA 時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在Q。（1）完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。y圖 6-3-14（2）_ 電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填“R”或“F2”）。（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：1電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為 _Q;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_ （填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_ 。2將開關(guān)向 _ （填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至.1 L I（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 解析：（1）電路圖連接如圖。（2）報警器開始報警時，對整個回路有U= Ic（