高中人教物理選擇性必修二5.3 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置（教學(xué)設(shè)計(jì)）-同步備課

1、第5章傳感器第3節(jié)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置本節(jié)課程主要學(xué)習(xí)傳感器在實(shí)際生活中的應(yīng)用，是在前兩節(jié)課程知識(shí)的基礎(chǔ)上將傳感器從理論應(yīng)用到實(shí)際，一方面學(xué)生需要體會(huì)傳感器在不同電路中的功能，另一方面要求學(xué)生能夠分析含有傳感器的不同電路，并進(jìn)行必要的定量計(jì)算，體會(huì)非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的好處?！疚锢碛^念】了解門窗防盜裝置、光控電路的實(shí)驗(yàn)電路圖及工作原理?！究茖W(xué)思維】學(xué)會(huì)分析含有傳感器的不同電路，并進(jìn)行定量的計(jì)算，用科學(xué)的思維方式，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題?！究茖W(xué)探究】通過(guò)對(duì)門窗防盜裝置、光控電路的實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)際動(dòng)手能力的同時(shí)學(xué)會(huì)自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)探究科學(xué)問(wèn)題的興趣?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】引領(lǐng)學(xué)生驗(yàn)探

2、索現(xiàn)代科技產(chǎn)物的熱情，敢于嘗試，樂(lè)于思考的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】了解門窗防盜裝置、光控電路的實(shí)驗(yàn)電路圖及工作原理，并知道電磁繼電器、三極管的基本功能?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】通過(guò)學(xué)習(xí)門窗防盜裝置、光控電路的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及原理能夠制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置，并可以對(duì)相關(guān)題目進(jìn)行定性分析與相應(yīng)的定量計(jì)算?！疽胄抡n】生活中的傳感器 磁光效應(yīng)傳感器 光感傳感器 仿生傳感器 水質(zhì)PH傳感器 紫外線傳感器傳感器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠地捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 本節(jié)提供了兩個(gè)利用傳感器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以根據(jù)興趣和器材條件從中選擇一個(gè)。只有

3、自己動(dòng)手進(jìn)行組裝和調(diào)試，才會(huì)對(duì)傳感器的作用有更深切的體會(huì)。二、【進(jìn)行新課】探究點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)1 門窗防盜報(bào)警裝置下面我們來(lái)看幾個(gè)生活中的實(shí)例怎樣才能實(shí)現(xiàn)上述功能呢？利用干簧管在磁場(chǎng)中的特性是不錯(cuò)的選擇。如圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的門窗磁控防盜報(bào)警裝置示意圖。門的上沿嵌入一小塊永磁體 M，門框內(nèi)與M 相對(duì)的位置嵌入干簧管 SA，并將干簧管接入報(bào)警電路。干簧管可將門與門框的相對(duì)位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。 門窗防盜報(bào)警裝置實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾T窗報(bào)警裝置的原理實(shí)驗(yàn)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(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。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與

4、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)。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。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。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)。 電磁繼電器實(shí)驗(yàn)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。實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 門窗防盜報(bào)警裝置電路圖 發(fā)光二極管表1 基本元件

5、及參數(shù)探究點(diǎn)二、 實(shí)驗(yàn)2 光控開關(guān)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？我們可以利用光敏電阻來(lái)完成這一任務(wù)。下面提供兩種模擬的光控開關(guān)電路，用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)的原理。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)環(huán)境的光比較強(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。當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(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。 三極管電路符號(hào)及實(shí)物圖

6、光控開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)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。實(shí)驗(yàn)步驟(1)連接電路,檢查無(wú)誤后,接通電源。(2)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。(3)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。(4)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。表2 基本元件及參數(shù)課堂重點(diǎn)知識(shí)小結(jié)研究傳感器應(yīng)用注意事項(xiàng) 對(duì)于有關(guān)傳感器應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)電路問(wèn)題，解答時(shí)應(yīng)先弄清楚電路中所

7、用傳感器的類型及其工作原理，然后根據(jù)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析隨堂練習(xí)例1、(多選)下如圖所示為一個(gè)邏輯電平檢測(cè)電路，A與被測(cè)點(diǎn)相接，則( )AA為低電勢(shì)，LED發(fā)光BA為高電勢(shì)，LED發(fā)光CA為低電勢(shì)，LED不發(fā)光DA為高電勢(shì)，LED不發(fā)光【答案】：BC【解析】：A為低電勢(shì)時(shí)，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電勢(shì)時(shí)，Y為低電勢(shì)，LED的電壓大，發(fā)光，故B、C正確例2、（單選）如圖所示為一種溫度自動(dòng)報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)的頂端封入一段金屬絲，以下說(shuō)法正確的是()A溫度升高至74 時(shí)，L1亮燈報(bào)警B溫度升高至74 時(shí)，L2亮燈報(bào)警C溫度升高至78 時(shí)，L1亮燈報(bào)警D溫度升高至78 時(shí)，L2亮燈報(bào)警【答案】：D【解析】：當(dāng)溫度低于78 時(shí)，線圈中沒(méi)有電流，此時(shí)燈L1亮，但不報(bào)警，當(dāng)溫度升高到78 時(shí)，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報(bào)警，溫度升高至74 時(shí)，線圈中沒(méi)有電流，只是燈L1亮，不會(huì)報(bào)警例3、（單選）如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖。門打開時(shí),紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉時(shí)會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒(méi)有畫出)。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),可知燈的亮滅情況能反映門的開關(guān)狀態(tài)。門打開時(shí)兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓U2與門關(guān)閉時(shí)相比()A.紅燈亮,U2變大B.綠燈亮,U2變大C.綠燈亮,U2變小D.紅燈亮,U2