高中物理 6.3 實(shí)驗(yàn)： 傳感器的應(yīng)用課件 新人教選修3-2

1、 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)利用斯密特觸發(fā)器設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)電路和溫度報(bào)警器。利用斯密特觸發(fā)器設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)電路和溫度報(bào)警器。 (2)提高電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)和制作能力。提高電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)和制作能力。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 1光控開(kāi)關(guān)光控開(kāi)關(guān) (1)電路如圖電路如圖631所示。所示。圖圖631 (2)斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一個(gè)性能斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一個(gè)性能特殊的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端特殊的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某的電壓逐漸上升到某個(gè)值個(gè)值(1.6 V)時(shí)，輸出端時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平跳到低電平會(huì)突然從高電平跳到低電平(0.

2、25 V)，而當(dāng)輸入端而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候(0.8 V)，Y會(huì)從低會(huì)從低電平跳到高電平電平跳到高電平(3.4 V)。 (3)光控開(kāi)關(guān)的原理光控開(kāi)關(guān)的原理(如圖如圖631)：白天，光照強(qiáng)度較大，：白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻光敏電阻RG阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸入端阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓較的電壓較低，則輸出端低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天不導(dǎo)通；當(dāng)天暗到一定程度時(shí)，暗到一定程度時(shí)，RG阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端入端A的電壓上升到的電壓上升到1

3、.6 V，輸出端，輸出端Y突然從高電平跳到低電突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈相當(dāng)于路燈)，這樣就達(dá)到，這樣就達(dá)到了使路燈天明自動(dòng)熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的。了使路燈天明自動(dòng)熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的。2溫度報(bào)警器溫度報(bào)警器(1)電路如圖電路如圖632所示。所示。 圖圖632 (2)工作原理：常溫下，調(diào)節(jié)工作原理：常溫下，調(diào)節(jié)R1的阻值使斯密特觸發(fā)的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端器輸入端A處于低電平，處于低電平， 則輸出端則輸出端Y處于高電平，無(wú)電流處于高電平，無(wú)電流通過(guò)峰鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻通過(guò)峰鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高

4、時(shí)，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓升高，當(dāng)達(dá)到的電壓升高，當(dāng)達(dá)到某一值某一值(高電平高電平)時(shí)，其輸出端時(shí)，其輸出端Y由高電平跳到低電平，蜂由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲。鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲。R1的阻值不同，則報(bào)警溫度的阻值不同，則報(bào)警溫度不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)R1來(lái)調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏度。來(lái)調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏度。 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 1光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)器材光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)器材 斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V，0.3 A)、可變電阻、可變電阻R1(最大

5、阻值最大阻值51 k)、電阻、電阻R2(330 )、光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、導(dǎo)線若干、黑紙。黑紙。 2溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)器材溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)器材 斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大最大阻值阻值1 k)、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、導(dǎo)線若干、燒杯燒杯(盛有熱水盛有熱水)。 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 1光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。 (2)檢查各元

6、件的連接，確保無(wú)誤。檢查各元件的連接，確保無(wú)誤。 (3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管或燈泡在普，使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮。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)。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)。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(bào)警器實(shí)驗(yàn)步驟溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。(2)檢查各元件的連接，確保無(wú)誤。檢查各元件的連接，確保無(wú)誤。(3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻接

7、通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。，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。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。將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。 五、注意事項(xiàng)五、注意事項(xiàng) 1光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn) (1)安裝前對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后再安裝前對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后再進(jìn)行安裝。進(jìn)行安裝。 (2)二極管連入電路時(shí)，極性不能反接，否則繼電器不二極管連入電路時(shí)，極性不能反接，否則繼電器不能正常工作。能正常工作。 (3)要想天暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把要想天暗時(shí)

8、路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些。的阻值調(diào)大些。 2溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn) (1)安裝前對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后安裝前對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后再進(jìn)行安裝。再進(jìn)行安裝。 (2)要使熱敏電阻在較低的溫度時(shí)報(bào)警，應(yīng)增大要使熱敏電阻在較低的溫度時(shí)報(bào)警，應(yīng)增大R1的的阻值。阻值。 例例1如圖如圖633所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖，試說(shuō)明其工作原理。道內(nèi)燈的示意圖，試說(shuō)明其工作原理。圖圖633 解析解析(1)電磁繼電器的工作原理電磁繼電器的工作原理 因集成電路允許通過(guò)的電流較小，白熾燈泡工作電流因集成電路允許通過(guò)的電流較小，

9、白熾燈泡工作電流較大，所以使用繼電器來(lái)啟閉工作電路。如題圖所示虛線較大，所以使用繼電器來(lái)啟閉工作電路。如題圖所示虛線框內(nèi)是電磁繼電器框內(nèi)是電磁繼電器J，E為動(dòng)觸點(diǎn)，為動(dòng)觸點(diǎn)，F(xiàn)為靜觸點(diǎn)。當(dāng)線圈為靜觸點(diǎn)。當(dāng)線圈B中中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵D向下運(yùn)動(dòng)，從而帶向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)觸點(diǎn)E向下與向下與F接觸，工作電路接通；當(dāng)線圈接觸，工作電路接通；當(dāng)線圈B中電流為中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵D在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)觸點(diǎn)E與與F分離，自動(dòng)切斷工作電路。分離，自動(dòng)切斷工作電路。 (2)控制電路工作原理控制

10、電路工作原理 天較亮?xí)r，光敏電阻天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端端A電勢(shì)較低，則輸出端電勢(shì)較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈輸出高電平，線圈B中無(wú)電流，中無(wú)電流，工作電路不通。工作電路不通。 天較暗時(shí)，光敏電阻天較暗時(shí)，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端端A電勢(shì)升高，當(dāng)升高到一定值時(shí)，輸出端電勢(shì)升高，當(dāng)升高到一定值時(shí)，輸出端Y由高電平突然由高電平突然跳到低電平，有電流通過(guò)線圈跳到低電平，有電流通過(guò)線圈B，電磁繼電器工作，接通，電磁繼電器工作，接通工作電路，使燈自動(dòng)開(kāi)啟。工作電路，使燈自動(dòng)開(kāi)啟。 天明后，天明后，RG阻值減

11、小，斯密特觸發(fā)器輸入端阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)電勢(shì)逐漸降低，降到一定值時(shí)，輸出端逐漸降低，降到一定值時(shí)，輸出端Y突然由低電平跳到高突然由低電平跳到高電平，則線圈電平，則線圈B不再有電流，電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電不再有電流，電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源，燈熄滅。路的電源，燈熄滅。 答案答案見(jiàn)解析見(jiàn)解析 例例2某研究性學(xué)習(xí)小組為探究某研究性學(xué)習(xí)小組為探究熱敏電阻的特性而進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。他熱敏電阻的特性而進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。他們分若干次向如圖們分若干次向如圖634所示的燒杯中所示的燒杯中倒入開(kāi)水，觀察不同溫度下熱敏電阻的倒入開(kāi)水，觀察不同溫度下熱敏電阻的阻值，并把各次的溫度值和對(duì)應(yīng)的熱敏電

12、阻值，并把各次的溫度值和對(duì)應(yīng)的熱敏電阻的阻值記錄在表格中。阻的阻值記錄在表格中。 圖圖634測(cè)量次數(shù)測(cè)量次數(shù)t/R/k12010.02258.53356.54455.05554.06653.37752.88852.39952.0 (1)將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖將表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖635給定的坐標(biāo)紙上給定的坐標(biāo)紙上描繪出熱敏電阻的阻值描繪出熱敏電阻的阻值R 隨溫度隨溫度t變化的圖像?？梢钥闯鲈摕嶙兓膱D像?？梢钥闯鲈摕崦綦娮璧淖柚惦S溫度的升高而敏電阻的阻值隨溫度的升高而_(填填“增大增大”或或“減小減小”)。圖圖635(2)他們用該熱敏電阻作為溫度傳感他們用該熱敏電阻作為溫度傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度控制電路，如圖器設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度控制電路，如圖636所示，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中正確畫出斯密特所示，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中正確畫出斯密特觸發(fā)器。圖中二極管的作用是：觸發(fā)器。圖中二極管的作用是： 圖圖636_。 (3)當(dāng)加在斯密特觸發(fā)器輸入端的電壓逐漸上升到某個(gè)當(dāng)加在斯密特觸發(fā)器輸入端的電壓逐漸上升到某個(gè)值值(1.6 V)時(shí)，輸出端電壓會(huì)突然從高電平跳到低電平，而當(dāng)時(shí)，輸出端電壓會(huì)突然從高電平跳到低電平，而當(dāng)輸入端的電壓下降到另一個(gè)值輸入端的電壓下降到另一個(gè)值(0.8 V)時(shí)，輸出端電壓會(huì)從低時(shí)，輸出端電壓會(huì)從低電平跳到高電平，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。已知可變電阻電