廣西專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第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

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利用傳感器制作簡單的自動控制裝置實驗熱點?探究突破實驗探究?方案梳理隨堂訓(xùn)練實驗探究?方案梳理實驗1門窗防盜報警裝置實驗?zāi)康牧私忾T窗報警裝置的控制原理,會組裝門窗防盜報警器。實驗器材序號名稱規(guī)格型號數(shù)量1干簧管SA常開型12繼電器JQX-14FC5V13發(fā)光二極管LED綠色14電阻R330Ω15蜂鳴器H有源型16電源干電池6V17小磁體

18開關(guān)

1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。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,將磁體靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現(xiàn)象。注意事項安裝前,對實驗器材進行測試,確保各元件性能良好后,再進行安裝。實驗2光控開關(guān)實驗?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)電路及控制原理,會組裝光控開關(guān)。實驗器材

序號名稱規(guī)格型號數(shù)量1可調(diào)電阻R1最大電阻為51kΩ12限流電阻R2330Ω13光敏電阻RG暗電阻>1MΩ亮電阻<3kΩ14三極管VT805015發(fā)光二極管LED紅色16繼電器HRS1H-S5V或JQX-14FC5V17小燈泡L6V

0.3A18二極管DIN400119電源干電池6V1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。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。注意事項(1)安裝前,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。實驗熱點?探究突破熱點1電磁繼電器工作原理與應(yīng)用典例剖析【例1】

繼電器的原理圖如圖所示,當(dāng)在接線柱2、3間接入電源時,電磁鐵便將銜鐵P吸離A而與B接觸,從而達到控制電路的目的。接線柱

與接有電源的負溫度系數(shù)的熱敏電阻串接,接線柱

與外電路串接,即可在溫度過高時切斷外電路,實現(xiàn)對外電路的自動控制。

答案:2、3

1、5解析:A為常閉觸點,正常情況下與銜鐵P相吸;B為常開觸點,正常情況下與銜鐵P分離,因此,1、5與外電路相連。當(dāng)溫度過高時,電磁鐵將銜鐵P吸下,以切斷電路,所以,2、3應(yīng)與接有電源的熱敏電阻相連。學(xué)以致用1.如圖所示,A是浮子,B是金屬觸頭,C為住宅樓房頂上的蓄水池,M是帶水泵的電動機,D是彈簧,E是銜鐵,F是電磁鐵,S1、S2分別為觸頭開關(guān),S為開關(guān),J為電池。請利用上述器材,設(shè)計一個住宅樓房頂上的自動注水裝置。(1)連接電路圖。(2)簡述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。答案:(1)電路圖如圖所示。

(2)按圖接好電路,閉合開關(guān)S,水泵工作,水位升高,當(dāng)浮子A上升使B接觸到S1時,左側(cè)電路(控制電路)工作,電磁鐵F有磁性,拉下銜鐵E,使S2斷開,電動機M不工作,停止注水。當(dāng)水位下降,使B與S1脫離,左側(cè)電路停止工作,電磁鐵F無磁性,彈簧D的彈力拉動銜鐵E,使S2接通,電動機M工作。熱點2光控開關(guān)的工作原理與應(yīng)用典例剖析【例2】光敏電阻在自動化裝置中有很多應(yīng)用,街道路燈自動控制就是其應(yīng)用之一,圖示電路為其模擬電路,其中干電池的內(nèi)阻可忽略不計,A處接電磁繼電器,B為三極管(當(dāng)φe-φb≥0.2V時,c、e間的電阻R可忽略不計,當(dāng)φe-φb<0.2V時,R可視為無窮大),b點的電勢由R1與R2的比值決定,R1、R2中有一個是定值電阻,另一個是光敏電阻,阻值隨光照強度增強而減小,C為電磁繼電器,D為路燈。為了達到日出路燈熄,日落路燈亮的效果,請回答下列問題:(1)R1是

(選填“光敏電阻”或“定值電阻”)。(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線,將實物連接成正確的電路。答案:(1)光敏電阻(2)如圖所示解析:(1)由于光敏電阻阻值隨著光照強度的增大而減小,為使路燈正常工作,在白天時電磁繼電器的觸點斷開,電磁鐵通電,φe-φb≥0.2

V,R1變小或R2變大,而白天時光敏電阻阻值變小,所以R1是光敏電阻。(2)根據(jù)題述分析可知,A處與繼電器相連,路燈與火線、零線相連接,開關(guān)應(yīng)接在火線上,畫導(dǎo)線時要避免交叉,電路圖如答案圖所示。學(xué)以致用2.工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時,稍有不慎就會把手壓在里面,造成工傷事故。工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。下圖為光控繼電器的示意圖,它由電源、光電管(當(dāng)有光照射時,在陰極K端會放出電子)、放大器、電磁繼電器等組成。這樣,當(dāng)工人不慎將手伸入危險區(qū)域時,由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵位置立即變化,使機床停止工作,避免事故發(fā)生。光控繼電器的原理:當(dāng)光照射光電管時,________________。

答案:陰極K發(fā)射電子,電路中產(chǎn)生電流,經(jīng)放大器放大后的電流使電磁鐵M磁化,將銜鐵N吸住熱點3自動控制電路的設(shè)計典例剖析【例3】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R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。(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

(以上兩空選填“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(以上兩空選填“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。答案:(1)70

減小

增大(2)B

A(3)S(4)環(huán)境溫度大于等于80℃時,警鈴報警。解析:(1)分析題圖乙可知,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下端P的磁極是S極。(4)當(dāng)線圈中的電流I=50

mA=0.05

A時,繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴報警?？刂齐娐返目傠娮铻?/p>

=60

Ω。熱敏電阻為R=R總-R0=60

Ω-30

Ω=30

Ω,由題圖乙可知,此時t=80

℃,即當(dāng)溫度t≥80

℃時,警鈴報警。規(guī)律方法設(shè)計自動控制電路時,一般按照以下思路進行:

(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。

①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。

②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。學(xué)以致用3.某同學(xué)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)下圖中左側(cè)為電磁繼電器的構(gòu)造示意圖,其中L為含有鐵芯的線圈,P為可繞O點轉(zhuǎn)動的銜鐵,K為彈簧,S為一對觸頭,A、B、C、D為四個接線柱。工作時,應(yīng)將

(選填“A、B”或“C、D”)接照明電路。

(2)請在圖中用筆畫線代替導(dǎo)線,完成實物電路的連接。答案:(1)C、D(2)如圖所示解析:(1)由電磁繼電器的工作原理可知,電磁鐵連接的是控制電路,銜鐵連接的是工作電路,故工作時,應(yīng)將“C、D”接照明電路。(2)光敏電阻、定值電阻、開關(guān)、電源與L組成控制電路,C、D與燈泡組成工作電路,電路圖如答案圖所示。隨堂訓(xùn)練1.下圖是一位同學(xué)設(shè)計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。閉合開關(guān),門打開時,紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實際試驗,燈的亮、滅能反映門的開、關(guān)狀態(tài)。與門關(guān)閉時相比,門打開時兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端的電壓U2變化情況分別是(

)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變小答案:D解析:閉合開關(guān),門打開時,R3的阻值減小,導(dǎo)致總電阻R總減小和總電流I總增大,內(nèi)電壓Ur和R1兩端的電壓

U1均變大,R2兩端的電壓U2=E-(U1+Ur)減小,通過R3的電流

增大,電磁繼電器磁性增強,把銜鐵吸下,紅燈亮,綠燈滅,選項D正確。2.下圖為自動水位報警器的示意圖,在水位低于B時,電磁鐵所在的控制電路斷路,電磁鐵沒有

,上面的觸點

,

燈亮;當(dāng)水位升高到B時,電磁鐵所在的控制電路接通,電磁鐵有

,吸引銜鐵,上面的觸點斷開,下面的觸點

,

燈亮。

答案:磁性

閉合

綠

磁性

閉合

紅

解析:當(dāng)電磁鐵所在的控制電路斷開時,電磁鐵內(nèi)無電流,所以沒有磁性,此時右側(cè)電路的綠燈連入電路;當(dāng)水位升高后左側(cè)電路接通,電磁鐵內(nèi)有電流,右側(cè)電路的紅燈連入電路。3.氣體傳感器利用物