新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第5章傳感器3.利用傳感器制作簡單的自動控制裝置學(xué)案新人教版選擇性必修第二冊

3.利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置課程標準1．了解門窗防盜報警裝置的原理。2．了解光控開關(guān)的原理。3．通過練習(xí)電子電路的組裝，獲得對自動限制電路的感性相識。素養(yǎng)目標1．物理觀念：知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能；了解門窗防盜報警裝置及其工作原理；了解光控開關(guān)電路及其限制原理。2．科學(xué)思維：會利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置。3．科學(xué)看法與責(zé)任：在試驗中體驗從原理到應(yīng)用的過程，增加理論聯(lián)系實際的意識，培育學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)看法。試驗門窗防盜報警裝置一、試驗?zāi)康?．了解門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)的工作原理。2．練習(xí)用傳感器制作自動限制設(shè)備。二、試驗器材干簧管SA、繼電器、發(fā)光二極管LED、電阻R(330Ω)、蜂鳴器H(有源型)、干電池(6V)、小磁體M、開關(guān)。三、試驗電路圖門窗防盜報警裝置電路圖如圖所示。四、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)。若門窗被盜賊開啟時，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限制開關(guān)的作用，繼電器則相當于一個自動的雙向開關(guān)。五、試驗操作(1)連接電路前，要先推斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體干脆靠近干簧管，視察簧片能否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后，依據(jù)電路圖連接電路。(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別視察試驗現(xiàn)象。典例剖析典例1把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器開關(guān)(干簧管和繞在干簧管外的線圈組成如圖乙所示)、電源連成電路如甲圖所示，制成光電報警裝置，設(shè)計要求：當有光照時，蜂鳴器發(fā)聲，當沒有光照或者光照很弱時，蜂鳴器不發(fā)生，電路已經(jīng)連接一部分，請將電路連接完整。思路引導(dǎo)：解本題需理解以下兩個問題：(1)光敏電阻的特性是什么？(2)干簧管繼電器開關(guān)的工作原理是什么？解析：電池、光敏電阻與開關(guān)及干簧管繼電器開關(guān)的外面線圈兩個接線構(gòu)成一個回路；而另一組電池、蜂鳴器與干簧管繼電器開關(guān)里面的兩個接線構(gòu)成又一個回路。當有光照時，光敏電阻變小，使得干簧管繼電器開關(guān)存在磁場，導(dǎo)致開關(guān)接通，最終使得蜂鳴器發(fā)聲；若沒有磁場時，開關(guān)自動斷開。連接如圖所示。對點訓(xùn)練?(2024·衡陽市八中高二階段練習(xí))酒駕嚴峻危害了公共交通平安，打擊酒駕現(xiàn)象已成為日常。如圖甲為交警運用的某種酒精檢測儀，核心部件為酒精氣體傳感器，其電阻R1與酒精氣體濃度x的關(guān)系如圖乙所示。(1)某同學(xué)自行設(shè)計了簡易酒精檢測儀，如圖丙所示，用到的器材有酒精氣體傳感器R1、電源(電動勢為9.0V，內(nèi)阻未知)、電流表(滿偏電流為100mA，內(nèi)阻為9.5Ω)，閉合開關(guān)，四周無酒精氣體，發(fā)覺電流表剛好滿偏，則電源內(nèi)阻為_0.5__Ω；用該儀器_不能__(選填“能”或“不能”)檢測酒駕。駕駛員狀態(tài)非酒駕酒駕酒精氣體濃度標準(mg/mL)小于0.2大于或者等于0.2檢測器狀態(tài)只有綠燈亮綠燈紅燈都亮(2)另一位同學(xué)查閱酒精檢測儀說明書時看到題表，他依據(jù)自己的理解將酒精檢測儀的內(nèi)部電路簡化為圖丁。只有綠燈亮表示被測試者非酒駕，紅綠燈一起亮表示被測試者酒駕。圖丁中電源電動勢為9.0V，內(nèi)阻不計，R2為定值電阻，R1為酒精氣體傳感器，L1、L2是彩色小燈泡，顏色一紅一綠，小燈泡電壓達到0.7V才會發(fā)光，則紅燈為_L1__(選填“L1”或“L2”)，當紅燈剛亮?xí)r通過其的電流為_0.28__A(保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)當酒精濃度為零時，R1為80Ω，電流表剛好滿偏，則電源內(nèi)阻為r＝eq\f(E,IA)－R1－RA＝0.5Ω，當酒精濃度增大時，總電阻減小，電流超過滿偏值，說明該儀器不能檢測酒駕。(2)當酒精濃度增大時，R1減小，依據(jù)“串反并同”，燈泡L1電壓增大，達到0.7V會發(fā)光，說明L1是紅燈；當紅燈剛亮?xí)r，小燈泡電壓達到0.7V，R1兩端電壓為8.3V，此時R1阻值為30Ω，則紅燈電流為I＝eq\f(8.3,30)A≈0.28A。試驗光控開關(guān)要點提煉一、試驗?zāi)康哪M光控路燈依據(jù)光照的改變自動開啟或關(guān)閉。二、試驗器材可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源。三、電路圖試驗電路圖如圖所示。四、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(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當于斷路，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。五、試驗操作1．依據(jù)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耀，調(diào)整電阻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，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。假如試驗現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強光照，或遮蓋光敏電阻，再進行視察。典例剖析典例2(2024·山東棗莊高二期中)電控調(diào)光玻璃能依據(jù)光照強度自動調(diào)整玻璃的透亮度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9V的電源上，電源內(nèi)阻不計，光敏電阻阻值隨光強改變關(guān)系如表所示：光強E/cd12345電阻值/Ω18964.5(“光強”表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位坎德拉(cd))(1)當光照強度為5cd時，光敏電阻Rx的大小為_3.6__Ω。(2)電控調(diào)光玻璃的原理是光照增加，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透亮度下降，反之則玻璃透亮度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，下列電路圖中符合要求的是_A__(填字母代號)。ABCD(3)已知定值電阻R0＝9Ω，用電壓表測得定值電阻兩端的電壓為3V，此時間照強度為_1__cd。解析：(1)由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻Rx與光強E的乘積均為18Ω·cd不變，則當E＝5cd時，光敏電阻的阻值Rx＝eq\f(18,5)Ω＝3.6Ω。(2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接，光照增加時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由歐姆定律可知，電路中的電流增大，由U＝IR可知，R0兩端的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓減小，反之光照減弱時，光敏電阻Rx阻值增大，R0兩端的電壓減小，Rx兩端的電壓增大，則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合，玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合，故A正確，C錯誤；若玻璃與電源并聯(lián)，光照改變時，玻璃兩端的電壓不變，故B、D錯誤。(3)當R0＝9Ω，定值電阻兩端的電壓U0＝3V，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，Rx兩端的電壓Ux＝U－U0＝9－3V＝6V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電路中的電流I＝eq\f(U0,R0)＝eq\f(Ux,Rx′)，解得Rx′＝18Ω，此時間照強度E′＝eq\f(18,18)cd＝1cd。1．(多選)如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱，繼電器與傳感器協(xié)作，可完成自動限制的要求，關(guān)于其工作方式，下列推斷正確的是(AC)A．A、B間接限制電路，C、D間接被控電路B．A、B間接被控電路，C、D間接限制電路C．流過L的電流減小時，C、D間電路斷開D．流過L的電流增大時，C、D間電路斷開解析：當較小的電流經(jīng)過接線柱A、B流入線圈時，電磁鐵把銜鐵吸下，使C、D兩個接線柱所連的觸點接通，較大的電流就可以通過C、D帶動機器工作了，A對，B錯誤。流過L的電流減小時，線圈L產(chǎn)生的磁場減弱，對銜鐵P的吸引力減弱，使C、D兩個接線柱所連的觸點斷開，C正確，D錯誤。2．(多選)(2024·山東臨沂高二期中)在今年4月份居家躲避新冠疫情期間，張華同學(xué)利用網(wǎng)課的課余時間，結(jié)合所學(xué)傳感器、電路的有關(guān)學(xué)問，自己在家設(shè)置了一個火警報警裝置，他設(shè)計的電路如圖所示，R1為熱敏電阻，溫度上升時，R1急劇減小，當電鈴兩端電壓低于某確定值時，報警電鈴響起，則下列說法正確的是(BD)A．若試驗時發(fā)覺當著火時裝置不響，應(yīng)把R2的滑片P向下移B．若試驗時發(fā)覺當著火時裝置不響，應(yīng)把R2的滑片P向上移C．增大電源電壓，會使報警的臨界溫度降低D．增大電源電壓，會使報警的臨界溫度上升解析：若試驗時發(fā)覺當著火時裝置不響，說明此時電鈴兩端電壓比較大，應(yīng)增大滑動變阻器接入的阻值，從而減小電鈴兩端電壓，故應(yīng)把R2的滑片P向上移，B正確，A錯誤；增大電源電壓，會使原來報警時電鈴兩端電壓增大，須要使溫度接著上升，減小熱敏電阻R1，從而使電鈴兩端電壓減小到報警時的電壓，故增大電源電壓，會使報警的臨界溫度上升，D正確，C錯誤。3．(2024·重慶市高二期中)光敏二極管在各種自動扮裝置中有許多應(yīng)用，街道的路燈自動限制開關(guān)就是其應(yīng)用之一，圖中所示為其模擬電路，其中A為光敏二極管，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，下列說法正確的是(B)A．路燈自動限制電路中的光敏二極管的阻值隨光照增加而增大B．當沒有光照時(夜晚)，光敏二極管所在回路中的電流很小C．依據(jù)“日出路燈確定熄”的常識，分析可知白天電磁鐵與銜鐵不吸引D．假如換上靈敏度更高的光敏二極管，則相同的光照強度下，電磁鐵的磁性更弱解析：光敏二極管有光敏電阻的特征，阻值隨光照增加而減小，故A錯誤；依據(jù)“日出路燈熄、日落路燈亮”的常識，結(jié)合路燈自動限制電路中的特征，可知，沒有光照時(夜晚)，觸點接通，照明電路的路燈變亮，電磁鐵與銜鐵不吸引，電磁鐵的磁性不強，所在回路中的電流很小，反之白天電磁鐵與銜鐵吸引，觸點斷開，故B正確，C錯誤；假如換上靈敏度更高的光敏二極管，白天在相同的光照強度下，電磁鐵的磁性更強，與銜鐵的吸引力更大，故D錯誤。4．(2024·河北滄縣高二期中)熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，其阻值隨溫度改變的圖線如圖甲所示，圖乙是某監(jiān)控溫度波動的報警原理圖，當報警器兩端的電壓改變量超出設(shè)定值時，報警器就會自動報警。(1)由圖甲可知，熱敏電阻R的阻值隨著溫度的上升而_減小__(選填“增大”或“減小”)；(2)環(huán)境溫度上升，報警器兩端電壓_減小__(選填“增大”或“減小”)。解析：(1)由甲圖可知，熱敏電阻R的阻值隨溫度的上升而減小。(2)報警器兩端的電壓為串聯(lián)的熱敏電阻和愛護電阻兩端的電壓，當溫度上升時，熱敏電阻阻值變小，電路總電阻變小，電路總電流增大，依據(jù)閉合回路歐姆定律，內(nèi)電壓及滑動變阻器的電壓增大，串聯(lián)的熱敏電阻和愛護電阻兩端的電壓減小，因此報警器兩端電壓減小。5．如圖甲所示為測量硫化鎘光敏電阻特性的試驗電路，電源電壓恒定，電流表內(nèi)阻不計，開關(guān)閉合后，調(diào)整滑動變阻器滑片，使小燈泡發(fā)