適用于新高考新教材廣西專版2024屆高考物理一輪總復習第12章交變電流傳感器實驗17利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課件

實驗17利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第十二章內(nèi)容索引010203強基礎(chǔ)增分策略增素能精準突破練思維遷移運用強基礎(chǔ)增分策略一、實驗目的1.知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。2.會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。了解門窗防盜報警裝置,會組裝門窗防盜報警裝置。了解光控開關(guān)電路及控制原理,會組裝光控開關(guān)。二、實驗器材實驗一:干簧管、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、小磁體、導線若干、開關(guān)、電阻。實驗二:發(fā)光二極管、三極管、可調(diào)電阻R1、限流電阻R2、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源、導線若干、黑紙。三、實驗思路

(一)門窗防盜報警裝置1.電路如圖所示。2.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)。被磁化成異名磁極

有電流通過時,線圈有磁性

(二)光控開關(guān)1.電路如圖所示。2.工作原理:當環(huán)境光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導通,發(fā)光二極管所在的回路相當于斷路,即發(fā)光二極管不工作。當環(huán)境光比較弱時,光敏電阻RG的阻值變大,三極管導通,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。四、進行實驗(一)門窗防盜報警裝置(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,按照電路圖連接電路。(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。(二)光控開關(guān)(1)按照相應電路圖連接電路,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剛好不發(fā)光。(3)遮擋RG,當光照減弱到某種程度時,就會看到發(fā)光二極管LED發(fā)光。(4)讓光照加強,當光照強到某種程度時,則發(fā)光二極管LED熄滅。易錯辨析

(1)實驗中,對實驗器材進行測試,確保各元件性能良好后,再進行安裝。(

)(2)光控開關(guān)實驗中,二極管連入電路的極性不能反接。(

)(3)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。(

)√√×增素能精準突破傳感器問題一般有兩大類問題:一是通過實驗探究傳感器特性,比如研究某元件的光敏特性或熱敏特性或磁敏特性等;二是用傳感器控制電路。不管哪類問題,明確考查角度,搞清其工作原理是求解問題的關(guān)鍵。對于用傳感器控制電路問題,要結(jié)合題目提供的信息,認真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu),并注意以下兩個方面:(1)確定傳感器所感受到的物理量(如力、熱、光、聲、磁等);(2)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電學量信號,最后借助于轉(zhuǎn)換電路把電學量信號轉(zhuǎn)換成便于處理顯示、記錄或控制的量。典例1.現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過120℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻(該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,在120℃時阻值為700.0Ω);報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警,Ic約為10mA;流過報警器的電流超過20mA時,報警器可能損壞);電阻箱(最大阻值為999.9Ω);直流電源(輸出電壓U約為18V,內(nèi)阻不計);滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω);滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω);單刀雙擲開關(guān)一個,導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖如圖所示。

(1)電路中應選用滑動變阻器

(選填“R1”或“R2”)。

(2)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng):①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為

Ω;滑動變阻器的滑片應置于

(選填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是

。

②將開關(guān)向

(選填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至

。

③滑動變阻器滑片的位置

(選填“不變”“向左滑動”或“向右滑動”),將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。

(3)若要將此系統(tǒng)改為光敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當光敏電阻的光照達到或超過某一特定值時,系統(tǒng)報警,且光敏電阻在這一特定值時的電阻為650Ω,則需將上述電路中的

換成光敏電阻,并將電阻箱的阻值調(diào)到

Ω,然后重復上述操作即可。

答案

(1)R2

(2)①700.0

b

接通電源后,流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞

②c

報警器開始報警③不變

(3)熱敏電阻

650解析

(1)電壓為18

V,而報警時的電流為10

mA;此時電阻約為;而熱敏電阻的阻值約為700

Ω,故滑動變阻器接入電阻約為1

100

Ω,故應選擇R2。(2)①因要求熱敏電阻達到120

℃時報警,此時電阻為700

Ω,故應將電阻箱調(diào)節(jié)至700

Ω,然后由最大阻值開始調(diào)節(jié)滑動變阻器,直至報警器報警,故開始時滑片應在b端,目的是避免接通電源后,流過報警器的電流會超過20

mA,報警器可能損壞;②將開關(guān)接到c端與電阻箱連接,調(diào)節(jié)滑動變阻器直至報警器開始報警即可,然后再接入熱敏電阻,電路即可正常工作;③滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。(3)需將上述電路中的熱敏電阻換成光敏電阻,并將電阻箱的阻值調(diào)到650

Ω,然后重復上述操作即可。典例2.(1)利用負溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器,一般體積很小,可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化,反應快,而且精確度高。①如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路,其他因素不變,只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低,電路中電流將變

(選填“大”或“小”)。

②上述電路中,我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度,就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20℃(如圖甲所示),則25℃的刻度應在20℃的刻度的

(選填“左”或“右”)側(cè)。

③為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化,請在圖乙中用圖中的器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路。(2)圖丙為一測量硫化鎘光敏電阻特性的實驗電路,電源電壓恒定,內(nèi)阻不計,開關(guān)閉合后,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片,使小燈泡發(fā)光逐漸增強,測得流過電阻的電流和光強的關(guān)系圖線如圖丁所示,試根據(jù)這一特性,在圖戊中用筆畫線連接給定的器材設(shè)計一個自動光控電路。情境剖析本題屬于創(chuàng)新應用類問題,以熱敏電阻、光敏電阻設(shè)計自動控制電路為素材,創(chuàng)設(shè)了學習探索問題情境。答案

(1)①小

②右

③(2)見解析解析

(1)①因為溫度降低時,負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值增大,故電路中電流會減小。②由①的分析知,溫度越高,電流越大,25

℃的刻度應對應較大電流,故在20

℃的刻度的右側(cè)。③電路如答案圖所示。(2)由光敏電阻的特性曲線可以看出,當入射光增強時,流過光敏電阻的電流增大,光敏電阻的阻值減小。根據(jù)題意設(shè)計一個自動光控電路,如圖所示?？刂七^程是:當有光照時,放大器輸出一個較大的電流,驅(qū)動電磁繼電器吸引銜鐵使兩個觸點斷開;當無光照時,放大器輸出電流減小,電磁繼電器釋放銜鐵,使兩個觸點閉合,工作電路接通,電燈開始工作。練思維遷移運用1.(2022江蘇蘇州期中)為了節(jié)能環(huán)保,一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻阻值隨光照強度增大而減小。(1)圖甲是街道路燈自動控制設(shè)計電路,利用直流電源為電磁鐵供電,利用照明電源為路燈供電。為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果,路燈應接在

(選填“AB”或“BC”)之間。

(2)下列選項可以延長路燈工作時間的是

。

A.增大滑動變阻器的阻值B.并聯(lián)更多的路燈C.減小電源電動勢(3)用多用電表“×100Ω”擋,按正確步驟測量圖甲中電磁鐵線圈電阻時,指針示數(shù)如圖乙,則線圈的電阻為

Ω;已知當線圈中的電流大于或等于2mA時,繼電器的銜鐵將被吸合,圖乙中直流電源的電動勢E=7V,內(nèi)阻忽略不計,滑動變阻器有兩種規(guī)格可供選擇:R1(0~200Ω,1A)、R2(0~2000Ω,0.1A)。要求天色漸暗照度降低至1.0lx時(此時光敏電阻阻值約為2kΩ)點亮路燈,滑動變阻器應選擇

(選填“R1”或“R2”)。

答案

(1)AB

(2)AC

(3)1400

R1解析

(1)天亮時光照強度增大,光敏電阻的阻值減小,電磁鐵中電流增大,磁場增強,吸引銜鐵向下與C接通,燈熄滅,故路燈應接在AB之間。(2)由題意知,若增大滑動變阻器的阻值,則使路燈工作的光敏電阻臨界阻值變小,臨界光照強度變強,所以可以延長路燈工作時間,故A正確;并聯(lián)更多的路燈,可以改變工作電路的阻值,但是對控制電路沒有影響,不能延長路燈工作時間,故B錯誤;若減小電源電動勢,則使路燈工作的光敏電阻臨界阻值變小,臨界光照強度變強,所以可以延長路燈工作時間,故C正確。2.某同學利用實驗室提供的一種電阻阻值隨溫度呈線性變化(關(guān)系式為:Rt=kt+b,其中k>0,b<0,t為攝氏溫度)的熱敏電阻,把一靈敏電流表改裝為溫度計。除熱敏電阻和靈敏電流表外,還用到如下器材:1.直流電源(電動勢為E,內(nèi)阻不計);2.滑動變阻器;3.單刀雙擲開關(guān);4.標準溫度計;5.導線及其他輔助材料。該同學設(shè)計電路如下圖所示,按如下步驟進行操作。(1)按電路圖連接好器材。(2)將滑動變阻器滑片滑到

(選填“a”或“b”)端,單刀雙擲開關(guān)S擲于

(選填“c”或“d”)端,調(diào)節(jié)滑片使電流表滿偏,并在以后的操作中保持滑片位置不動,設(shè)此時電路總電阻為R,斷開電路。

(3)容器中倒入適量開水,觀察標準溫度計,每當標準溫度計示數(shù)下降5℃,就將開關(guān)S置于d端,并記錄此時的溫度t和對應的電流表的示數(shù)I,然后斷開開關(guān)。請根據(jù)溫度計的設(shè)計原理和電路圖,寫出電流與溫度的關(guān)系式(用題目中給定的符號)I=

。

(4)根據(jù)對應溫度記錄的電流表示數(shù),重新刻制電流表的表盤,改裝成溫度計。根據(jù)改裝原理,此溫度計表盤刻度線的特點是:低溫刻度在

(選填“左”或“右”)側(cè),刻度線分布是否均勻?

(選填“是”或“否”)。

答案

(2)a

c

(3)

(4)右

否解析

(2)結(jié)合滑動變阻器的使用的注意事項可知,開始時需要將滑動變阻器滑片滑到a端,以保證電流表的使用安全;然后將單刀雙擲開關(guān)S擲于c端,調(diào)節(jié)滑片使電流表滿偏。(3)當溫度為t時,熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關(guān)系為Rt=kt+b,根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得(4)由上式可知,溫度越高,電流表中的電流值越小,所以低溫刻度在表盤的右側(cè);由于電流與溫度的關(guān)系不是線性函數(shù),所以表盤的刻度是不均勻的。3.某同學用光敏電阻和電磁繼電器等器材設(shè)計自動光控照明電路。

(1)光強(E)是表示光照強弱程度的物理量,單位為坎德拉(cd