2022年人教版選擇性必修利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案word版含答案

2020-2021學(xué)年人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1、通過練習(xí)電子電路的組裝，獲得對(duì)自動(dòng)控制電路的感性認(rèn)識(shí)。2、識(shí)別各種晶體管、繼電器。3、了解光控開關(guān)電路及控制原理。4、了解門窗防盜報(bào)警裝置及控制原理。二、過程與方法1、通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究的能力。2、通過制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。3、通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和討論電路的搭建，養(yǎng)成相互合作的習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)精神，培養(yǎng)學(xué)生準(zhǔn)確表達(dá)，評(píng)估和反思實(shí)驗(yàn)的能力。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，倡導(dǎo)以創(chuàng)新為主、實(shí)踐為重的素質(zhì)教育理念。重點(diǎn)難點(diǎn)1、加深對(duì)傳感器原理的理解。（重點(diǎn)）2、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作。（重點(diǎn)）3、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作。（難點(diǎn)）教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課：【新課導(dǎo)入】隨著人們生活水平的提高，傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如走廊里的聲、光控開關(guān)，溫度報(bào)警器，孵小雞用的恒溫箱，路燈的自動(dòng)控制，銀行門口的自動(dòng)門等，都用到了傳感器。傳感器的工作離不開電子電路，傳感器只是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，對(duì)電學(xué)量的放大、處理均是通過電子元件組成的電路來(lái)完成的。這節(jié)課我們就來(lái)探究門窗防盜報(bào)警裝置和光控開關(guān)的工作原理。二、講授新課： 1、實(shí)驗(yàn)：門窗防盜報(bào)警裝置【教師提問】干簧管的工作原理是什么？【教師引導(dǎo)】當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用，操縱開關(guān)的是磁場(chǎng)這只看不見的“手”。干簧管是一種能夠感知磁場(chǎng)的傳感器?！窘處熖釂枴浚?）發(fā)光二極管和普通二極管有什么特點(diǎn)？（2）晶體三極管的工作原理是什么？【教師引導(dǎo)】（1）發(fā)光二極管和普通二極管都具有單向?qū)щ娦裕l(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，還能發(fā)光，普通的發(fā)光二極管是用磷化稼或氮化稼等半導(dǎo)體材料制成的，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥赩。（2）三極管是一種控制電流的半導(dǎo)體器件，其作用是把微弱信號(hào)放大，也用作無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，也是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)獲得集電極電流較大的變化量?！緦?shí)驗(yàn)】電路圖：工作原理：（1）閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。（2）電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。（3）當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。（4）繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。（5）干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。實(shí)驗(yàn)操作：（1）用多用電表首先測(cè)量電阻R的阻值，檢查R是否符合要求；其次檢測(cè)二極管是否良好。（2）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。方法是：用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動(dòng)作。（3）確定各元件符合要求并可以正常工作后，按照上圖所示連接電路。（4）檢查各元件連接，確保無(wú)誤。（5）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。注意事項(xiàng)：（1）安裝前，對(duì)所有器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好，再進(jìn)行安裝。（2）注意二極管、電磁繼電器正確接入電路，不可錯(cuò)接。2、光控開關(guān)【提出問題】光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅？【設(shè)計(jì)電路】方案：用發(fā)光二極管代表路燈【教師提示】可調(diào)電阻R1與光敏電阻RG組成串聯(lián)分壓電路，把光敏電阻因光照而發(fā)生的電阻變化，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，加載到三極管VT的基極b上。當(dāng)基極電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通，從而使得由電源正極經(jīng)電阻R2、發(fā)光二極管、三極管集電極和發(fā)射極到達(dá)電源負(fù)極的回路被導(dǎo)通?？烧{(diào)電阻R1的作用是調(diào)整設(shè)定電路對(duì)周邊光亮度的反應(yīng)，在電路里能夠控制三極管的基極電流?！窘處熖釂枴咳绻朐谔旄禃r(shí)才點(diǎn)亮路燈，應(yīng)把R1阻值調(diào)得大一些，還是小一些？【學(xué)生回答】該把阻值調(diào)得更大一些。因?yàn)榛鶚O電壓達(dá)到一定程度三極管才導(dǎo)通，這時(shí)需要RG阻值更大，即天色更暗如果電路不用發(fā)光二極管來(lái)模擬，而是用功率更大的小燈泡，就要使用繼電器來(lái)啟、閉合另外的供電電路。如圖所示：電路圖中K為繼電器的線圈，S為它的常開觸點(diǎn)。為了防止繼電器釋放銜鐵時(shí)線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)損壞三極管，必須給線圈并聯(lián)一只二極管D，以提供自感電流釋放的通路。【教師補(bǔ)充】電路工作原理：（1）當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路，即發(fā)光二極管不工作；繼電器處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮。（2）當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。實(shí)驗(yàn)操作：（1）首先用多用電表測(cè)量電阻R的阻值，檢查R是否符合要求；其次檢測(cè)二極管、三極管是否良好。（2）確定各元件符合要求并可以正常工作后，按照上圖所示連接電路。（3）檢查無(wú)誤后，接通電源。（4）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（5）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)，光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（6）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察。注意事項(xiàng)：（1）安裝前，對(duì)所有器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好，再進(jìn)行安裝。（2）注意二極管、三極管、電磁繼電器正確接入電路，不可錯(cuò)接。課堂練習(xí)1、如圖所示為某水庫(kù)用來(lái)檢測(cè)水庫(kù)深度的電路圖，其中R為可調(diào)電阻，R'為一定值電阻，可調(diào)電阻的滑動(dòng)觸頭與一剛性輕桿連接，輕桿另一端與浮于液面的浮標(biāo)相連接.當(dāng)水庫(kù)的液面發(fā)生變化時(shí)，靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生改變，則下列說法正確的是(

)A.水庫(kù)的液面降低時(shí)，滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)，靈敏電流計(jì)的示數(shù)變小

B.水庫(kù)的液面降低時(shí)，滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)，靈敏電流計(jì)的示數(shù)變大

C.水庫(kù)的液面升高時(shí)，滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)，靈敏電流計(jì)的示數(shù)變小

D.水庫(kù)的液面升高時(shí)，滑動(dòng)觸頭向下移動(dòng)，靈敏電流計(jì)的示數(shù)變大答案：D2、如圖所示是溫度自動(dòng)報(bào)警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點(diǎn)、4是水銀溫度計(jì)(水銀導(dǎo)電).則下列說法正確的是()A.溫度高于警戒溫度時(shí)，電鈴不報(bào)警、指示燈亮B.溫度低于警戒溫度時(shí)，電鈴報(bào)警、指示燈熄滅C.溫度高于警戒溫度時(shí)，指示燈亮、電鈴報(bào)警D.溫度低于警戒溫度時(shí)，指示燈亮、電鈴不報(bào)警答案：D3、如圖所示為某會(huì)議廳安裝的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的原理圖，裝置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住，罩內(nèi)的發(fā)光二極管和光電三極管用一不透明的擋板隔開，沒有險(xiǎn)情時(shí)光電三極管不能收到發(fā)光二極管所發(fā)出的光，此時(shí)光電三極管的電阻較高。則下列說法正確的是(

)A.當(dāng)會(huì)議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，散射的光照射到光電三極管上使其電阻變小而報(bào)警

B.當(dāng)會(huì)議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧擋住了光線，使得光電三極管的電阻變大而報(bào)警

C.當(dāng)會(huì)議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管的溫度升高，使得光電三極管的電阻變小而報(bào)警

D.當(dāng)會(huì)議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于環(huán)境氣體的濃度變大而報(bào)警答案：A4、如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)的行人監(jiān)控裝置，為光敏電阻(光照增強(qiáng)電阻變小)，為定值電阻，接監(jiān)控裝置.則()①當(dāng)有人通過通道而遮蔽光線時(shí)，之間電壓升高②當(dāng)有人通過通道而遮蔽光線時(shí)，之間電壓降低③當(dāng)僅增大的阻值時(shí)，可增大之間的電壓④當(dāng)僅減小的阻值時(shí)，可增大之間的電壓A.①③ B.①④ C.②③ D.②④答案：C5、動(dòng)自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱為“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制.轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲.開啟電源時(shí)，在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙.隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，已知電壓與車速關(guān)系如圖丙.以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是()A.為提高控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極B.按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手，