物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）5-3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置 課件

第3節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第五章傳感器知識準備普通二極管和發(fā)光二極管①都具有單向?qū)щ娦?。②發(fā)光二極管除了具有普通二極管的單向?qū)щ娦酝?導(dǎo)電時還能發(fā)光,它小巧玲瓏顏色鮮艷,又很省電,許多家用電器上都用發(fā)光二極管作指示燈。新知探究知識準備門電路①對于與門電路,只要一個輸入端輸入為“0”,則輸出端一定是“0”,只有當所有輸入都為“1”時,輸出才是“1”。②對于或門電路,只要有一個輸入端輸入為“1”,則輸出一定是“1”,只有當所有輸入都為“0”時,輸出才是“0”。③非門電路中,當輸入為“0”時,輸出總是“1”,當輸入為“1”時,輸出反而是“0”。非門電路也稱反相器。新知探究知識準備斯密特觸發(fā)器斯密特觸發(fā)器性能特別,當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值(1.6V)時,輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25V),而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候(0.8V),Y會從低電平跳到高電平。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號,而這正是進行光控所需要的。新知探究知識準備邏輯電路的高低電平在邏輯電路中,常把電勢的高低叫作電平的高低,“輸出低電平”的意義是輸出端處于低電勢的狀態(tài)。斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門,常用符號表示。新知探究知識點門窗防盜報警裝置電路如圖所示。新知探究1知識點門窗防盜報警裝置工作原理：閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當門窗緊閉時，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，繼電器則相當于一個自動的雙向開關(guān)。新知探究1知識點門窗防盜報警裝置實驗器材干簧管、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、導(dǎo)線若干、開關(guān)、電阻。新知探究1知識點門窗防盜報警裝置實驗步驟(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，按照圖所示連接電路。(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。新知探究1知識點光控開關(guān)實驗?zāi)康?了解光控開關(guān)的工作原理,練習(xí)用傳感器制作自動控制設(shè)備。實驗器材:斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6V,0.3A)、可變電阻R1(最大阻值51kΩ)、電阻R2(330Ω)、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5V)、導(dǎo)線若干、黑紙。新知探究2知識點光控開關(guān)實驗電路(如圖所示):新知探究2知識點光控開關(guān)工作原理:甲圖(二極管光控電路):白天,光照強度較大時,光敏電阻RG阻值較小,加在斯密特觸發(fā)器輸入端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;傍晚,當光照強度小到一定程度時,RG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1.6V,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(相當于路燈亮了),這樣就達到了使路燈天亮自動熄滅、天暗自動開啟的目的。新知探究2知識點光控開關(guān)工作原理:乙圖(路燈光控電路):天較亮?xí)r,光敏電阻RG阻值較小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,線圈中無電流,工作電路不通;天較暗時,光敏電阻RG電阻增大,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高,當升高到一定值,輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過線圈,電磁繼電器工作,接通工作電路,使路燈自動開啟;天亮后,RG阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低,降到一定值,輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈中不再有電流,則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源,路燈熄滅。新知探究2知識點光控開關(guān)在本實驗中,要想在天更暗時路燈才會亮,應(yīng)該如何調(diào)節(jié)R1的阻值大小?提示:應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些,這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓達到某個值(如1.6V),就需要RG的阻值達到更大,即天色更暗。新知探究2知識點光控開關(guān)實驗步驟:①按照實驗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R1,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)。新知探究2知識點光控開關(guān)【例題1】如圖是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖,試說明其工作原理。新知探究2點撥:只有正確理解斯密特觸發(fā)器的特點,才能合理解釋它在電路中的作用。知識點光控開關(guān)新知探究2解析:天較亮?xí)r,光敏電阻RG阻值較小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低,則輸出端Y輸出高電平,線圈中無電流,工作電路不通;天較暗時,光敏電阻RG電阻增大,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高,當升高到一定值,輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過線圈A,電磁繼電器工作,接通工作電路,使樓道內(nèi)燈自動開啟;天亮后,RG阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低,降到一定值,輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈A不再有電流,則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源,樓道內(nèi)燈熄滅。答案:見解析題后反思不能掌握斯密特觸發(fā)器的特點,不能根據(jù)R1的變化判斷輸入端A的電勢高低變化是解答該題的兩大障礙。1.如圖所示為一個邏輯電平檢測電路，A與被測點相接，則()A．A為低電平，LED發(fā)光 B．A為高電平，LED發(fā)光C．A為低電平，LED不發(fā)光D．A為高電平，LED不發(fā)光課堂訓(xùn)練解析：A為低電平時，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電平時，Y為低電平，LED的電壓大，發(fā)光，故B、C正確。答案：BC課堂訓(xùn)練2．如圖所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是()課堂訓(xùn)練A．進入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報B．發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報C．發(fā)生火災(zāi)時，進入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報D．以上說法均不正確課堂訓(xùn)練解析：平時光電三極管收不到LED發(fā)出的光呈高阻值狀態(tài)。發(fā)生火災(zāi)時，由于煙霧對光的散射作用，部分光線照射到光電三極管上，光電三極管導(dǎo)通，就會發(fā)出警報，C正確。答案：C課堂訓(xùn)練3.如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈，RG為光敏電阻。A為斯密特觸發(fā)器輸入端，在天黑時路燈(發(fā)光二極管)會點亮。下列說法正確的是()A．天黑時，Y處于高電平 B．天黑時，Y處于低電平C．當R1調(diào)大時，天更暗時，燈(發(fā)光二極管)點亮D．當R1調(diào)大時，天較亮?xí)r，燈(發(fā)光二極管)就能點亮課堂訓(xùn)練解析：天黑時，RG阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個值，輸出端Y突然由高電平跳到低電平；R1調(diào)大時，A端電壓降低，只有天更暗時，RG電阻更大時，路燈才點亮，故B、C正確。答案：BC課堂訓(xùn)練4．某同學(xué)想把房間窗簾改成自動開啟、自動關(guān)閉的，他的設(shè)想是：白天房間要透光，也要防止太陽光直射室內(nèi)，因此要用薄紗型的窗簾；傍晚太陽下山后，要用厚絨的窗簾，請你幫他設(shè)計電路，選購器材并連好電路圖。課堂訓(xùn)練解析：如圖所示，白天光照很亮，照射到光敏控制器上，電阻很小，電流較大，電磁鐵磁性強，吸引銜鐵向下，使得觸點b、c接觸，電動機乙轉(zhuǎn)動，關(guān)閉薄紗窗簾，同時應(yīng)拉開厚絨窗簾；傍晚后光線很暗，光敏控制器接收光照少，電阻變大，電流很小，電磁鐵磁性非常弱，彈簧將銜鐵拉起，使b、a接觸，電動機甲轉(zhuǎn)動，拉開薄紗窗簾，同時關(guān)閉厚絨窗簾。答案：見解析課堂訓(xùn)練5．如圖甲所示，為熱敏電阻的R－t圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100Ω。當線圈的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝9.0V，內(nèi)阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50℃，可變電阻R′的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為________Ω。課堂訓(xùn)練解析：(1)恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當線圈中的電流較小時，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。(2)隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低。課堂訓(xùn)練隨著