新教材2023-2024學(xué)年高中物理第5章傳感器3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課件新人教版選擇性必修第二冊

第五章3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解門窗防盜報警器的原理。(物理觀念)2.了解光控開關(guān)的原理。(物理觀念)3.培養(yǎng)實驗動手能力,體會物理知識在實際中的應(yīng)用。(科學(xué)探究)4.體驗從原理到應(yīng)用的過程,培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、門窗防盜報警裝置1.實驗?zāi)康牧私忾T窗報警裝置的原理。2.實驗原理閉合電路開關(guān)S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時,磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K,使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點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)。當(dāng)門窗開啟時,磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報警。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)于一個自動的雙向開關(guān)。實驗原理圖如圖所示。3.實驗器材電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。4.實驗步驟(1)連接電路前,要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管,觀察簧片能否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后,連接電路。(3)接通電源后,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現(xiàn)象。二、光控開關(guān)1.實驗?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)的原理。2.實驗原理當(dāng)環(huán)境光比較強時,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。當(dāng)環(huán)境光比較弱時,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,點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。實驗原理圖如圖所示。3.實驗器材可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源。4.實驗步驟(1)連接電路,檢查無誤后,接通電源。(2)讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射,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。(3)遮擋RG,當(dāng)光照減弱到某種程度時,就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強,當(dāng)光照強到某種程度時,則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實驗現(xiàn)象不明顯,可用手電筒加強光照,或遮蓋光敏電阻,再進行觀察。易錯辨析(1)隨著光照的增強,光敏電阻的電阻值逐漸減小。(

)(2)熱敏電阻可以把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。(

)(3)金屬熱電阻是由金屬制成的。(

)√√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點電磁繼電器與自動控制【例題】

現(xiàn)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示,試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時,電爐絲自動通電供熱,超過某一溫度時,又可以自動斷電,畫出電路圖并說明工作過程。答案

見解析

解析

電路圖如圖所示。

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,通過電磁繼電器的電流不能使它工作,K接通電爐絲加熱,當(dāng)溫度達到設(shè)計值時,熱敏電阻減小到某值,通過電磁繼電器的電流達到工作電流,K斷開,電爐絲斷電,停止供熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計值,又重復(fù)前述過程。方法技巧

設(shè)計自動控制電路的一般思路(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路。控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成;工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個電路相互獨立,又通過電磁繼電器相關(guān)聯(lián),電磁繼電器實際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自控電路的合理性。電路設(shè)計完成后,要對它的合理性進行分析,用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。例如,自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路,使路燈熄滅,晚上接通工作電路,使路燈發(fā)光。學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)123451.(電磁繼電器)如圖所示,某小型電磁繼電器,其中L為含鐵芯的線圈。P為可繞O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(

)A.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)B.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路并聯(lián)C.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路并聯(lián)A解析

A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應(yīng)接信號電壓,線圈電流隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放,從而使C、D接通或斷開,進而起到控制作用,故正確選項為A。123452.(自動控制)(多選)如圖所示,全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的,當(dāng)進行排水和脫水工序時,控制鐵芯1的線圈通電,使鐵芯2運動,從而牽引排水閥的閥門排除污水。以下說法正確的是(

)A.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為N極,B端為S極B.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為S極,B端為N極C.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2不能被吸入線圈中D.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2仍能被吸入線圈中AD123453.(自動控制)(多選)某儀器內(nèi)部的電路如圖所示,其中M是一個質(zhì)量較大的金屬塊,左、右兩端分別與金屬絲制成的彈簧相連,并套在光滑水平細桿上,當(dāng)金屬塊處于平衡狀態(tài)時,兩根彈簧均處于原長,此時甲、乙兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是(

)A.當(dāng)汽車加速前進時,甲燈亮B.當(dāng)汽車加速前進時,乙燈亮C.當(dāng)汽車剎車時,甲燈亮D.當(dāng)汽車剎車時,乙燈亮BC12345解析

當(dāng)汽車加速前進時,金屬塊M向后偏離原位置,乙燈所在電路被接通,所以乙燈亮,選項A錯誤,選項B正確;當(dāng)汽車剎車時,金屬塊M向前偏離原位置,甲燈所在電路被接通,所以甲燈亮,選項C正確,選項D錯誤。123454.(光控電路的分析)為設(shè)計一個白天自動關(guān)燈,黑夜自動開燈的自動控制裝置,可供選擇的儀器如下:光敏電阻、電磁繼電器、電池、交流電源、開關(guān)、導(dǎo)線和燈泡等。(1)用導(dǎo)線連接各儀器。(2)簡述其工作原理。

12345答案

(1)電路連接如圖所示。

(2)當(dāng)天亮?xí)r,光線照射光敏電阻A,其阻值迅速減小,控制回路中電流增大,電磁繼電器B工作,吸住銜鐵使觸點斷開,燈泡熄滅。當(dāng)夜晚降臨時,光線變暗,光敏電阻A的阻值增大,控制回路中電流減小,彈簧將銜鐵拉起,使觸點接通,燈泡點亮。123455.(報警系統(tǒng)的電路分析)小明利用熱敏電阻設(shè)計了一個過熱自動報警電路,如圖甲所示。將熱敏電阻RT安裝在需要探測溫度的地方,當(dāng)環(huán)境溫度正常時,繼電器的上觸點接觸,下觸點分離,指示燈亮;當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時,繼電器的下觸點接觸,上觸點分離,警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1=3V,繼電器線圈用漆包線繞成,其電阻R0為30Ω。當(dāng)線圈中的電流大于等于50mA時,繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。甲

乙12345(1)由圖乙可知,當(dāng)環(huán)境溫度為40℃時,熱敏電阻阻值為

Ω。當(dāng)環(huán)境溫度升高時,熱敏電阻阻值將

,繼電器的磁性將

。(后兩空均選填“增大”“減小”或“不變”)

(2)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱

相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱

相連。(均選填“A”或“B”)

(3)圖甲中線圈下端P的磁極是

(選填“N”或“S”)極。

(4)請計算說明,環(huán)境溫度在什么范圍內(nèi)時,警鈴報警。環(huán)境溫度大于等于80℃時,警鈴報警。70減小增大BAN12345解析

(1)分析乙圖可知,熱敏電阻40

℃對應(yīng)的阻值為70

Ω。溫度升高時,熱敏電阻阻值減小,根據(jù)歐姆定律可知,電路中電流增大,電磁鐵的磁性增大。(2)當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時,繼電器的下觸點接觸,上觸點分離,警鈴響,所以警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。(3)分析電流的流向,根據(jù)安培定則可得到線圈的