利用傳感器制作簡單的自動控制裝置+高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

第三節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置第五章

傳感器學(xué)習(xí)目標1新課講解3新課導(dǎo)入2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄學(xué)習(xí)目標1.通過利用傳感器制作簡單的自動控制裝置，加深對傳感器的認識，了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識，從實際應(yīng)用的視角理解物理與實際生活的緊密聯(lián)系。2.引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗、繪制實驗電路圖以及實驗操作的能力，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究的學(xué)科素養(yǎng)。3.通過實驗知道二極管的單項導(dǎo)電性、三極管具有電流放大作用等。新課導(dǎo)入

生活中，無處不在的傳感器…紫外線傳感器磁光效應(yīng)傳感器相機電子秤自動門第一節(jié)門窗防盜報警裝置門窗防盜報警裝置

目標效果：當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。干簧管靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。門窗防盜報警裝置

功能具有自動提示報警的功能。在睡覺前連接好電路，啟動防盜報警裝置。當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。構(gòu)成門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報警電路。干簧管可將門與門框的相對位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。門窗防盜報警裝置

實驗器材名稱規(guī)格型號名稱規(guī)格型號干簧管SA常開型蜂鳴器

H

有源型繼電器JQX-14FC5V電源干電池

6V發(fā)光二極管LED綠色小磁體電阻R330Ω開關(guān)

裝置中各元件的作用①干簧管：在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，作為傳感器，用于感知磁體磁場是否存在。②繼電器（虛線方框部分）作為執(zhí)行裝置，繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。③發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示。特別提醒發(fā)光二極管和普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦裕以趯?dǎo)電時還能發(fā)光，有紅、綠、黃等多種顏色。④電阻R

：為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護作用。⑤蜂鳴器H：

作為報警提醒。cabSLEDHSAMR實驗原理圖門窗防盜報警裝置

實驗器材電源、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,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現(xiàn)象。門窗防盜報警裝置電路圖發(fā)光二極管第二節(jié)光控開關(guān)光控開關(guān)

目標效果：在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅。光照弱，路燈開啟；光照強，路燈熄滅。光敏電阻工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作，需要放大電路。晶體三極管光控開關(guān)

實驗原理當(dāng)環(huán)境的光比較強時,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)境的光比較弱時,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

實驗器材名稱規(guī)格型號名稱規(guī)格型號可調(diào)電阻R1最大電阻為51kΩ繼電器HRS1H-S5V或JQX-14FC5V限流電阻R2330Ω小燈泡L6V0.3A光敏電阻RG暗電阻>1MΩ亮電阻<3kΩ二極管DIN4001三極管VT8050電源干電池6V發(fā)光二極管LED紅色光控開關(guān)

裝置中各元件的作用（1）晶體三極管：晶體三極管是半導(dǎo)體基本元件之一，具有電流放大作用，在控制電路中常用作電子開關(guān)。三極管由三個電極組成，分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c，有NPN型和PNP型兩種。（2）三極管的一個重要特性是，從基極輸入一個較小的電流，就會在集電極獲得較大的電流。三極管還具有完成斷路和接通的開關(guān)作用。NPN型PNP型bcebce三極管電路符號及實物圖

光控開關(guān)光控開關(guān)電路

光控開關(guān)實驗器材可調(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。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。

光控開關(guān)實驗現(xiàn)象（1）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。（2）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：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。經(jīng)典例題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)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，下列說法正確的是（）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C答案：C【解析】由報警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時煙霧進入罩內(nèi)，使LED發(fā)出的光發(fā)生散射，部分光線照在光電三極管上，使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測出這種變化，發(fā)出警報。光電管在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，街道的路燈自動控制開關(guān)就是其應(yīng)用之一。如圖6-2-5所示為其模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，試簡述其工作原理。（提示：光照射到K極上能放出電子）答案：開關(guān)合上后：白天，光電管在可見光照射下有電子逸出，從光電管陰極逸出的電子被加速到陽極使電路接通，電磁鐵中的強電流產(chǎn)生的磁場將銜鐵吸住，照明電路斷開，燈泡不亮；夜晚，光電管無光照射就無電子逸出，電路斷開，電磁鐵中無電流通過，彈簧將銜鐵拉起，照明電路接通，這樣就達到日出燈熄、日落燈亮的目的。當(dāng)堂檢測現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程。

雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動器里就有一個雙金屬溫度傳感器。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對觸點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。

敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點之間的距離，使溫度升高到