5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第五章傳感器3.利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教學(xué)目標(biāo)CONTENT010203在實(shí)驗(yàn)中通過動(dòng)手組裝，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度會(huì)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置知道干簧管、光敏電阻、電磁繼電器等功能觀看視頻，神奇的機(jī)器工人新課引入新課引入傳感器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無法實(shí)現(xiàn)。我們提供了兩個(gè)利用傳感器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)，只有自己動(dòng)手進(jìn)行組裝和調(diào)試，才會(huì)對(duì)傳感器的作用有更深切的體會(huì)。門窗防盜報(bào)警裝置光控開光1.功能門窗防盜報(bào)警裝置具有自動(dòng)提示報(bào)警的功能。在睡覺前連接好電路，啟動(dòng)防盜報(bào)警裝置。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。2.構(gòu)造門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報(bào)警電路。干簧管可將門與門框的相對(duì)位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。門窗防盜報(bào)警裝置一實(shí)驗(yàn)探究如圖是可實(shí)現(xiàn)上述功能的簡(jiǎn)易報(bào)警電路，采用干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在。繼電器（虛線方框部分）作為執(zhí)行裝置。發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示。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(shí)還能發(fā)光，有紅、綠、黃等多種顏色。R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用。蜂鳴器H作為報(bào)警提醒。3.功能實(shí)驗(yàn)器材和裝置門窗防盜報(bào)警裝置電路圖4.實(shí)驗(yàn)基本元件及參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)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)15.電路工作原理閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)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(dòng)觸點(diǎn)c

與常開觸點(diǎn)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(shí)，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(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)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(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。6.實(shí)驗(yàn)操作（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(dòng)作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照?qǐng)D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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。光控開關(guān)二1.光控路燈的作用光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅？我們可以利用光敏電阻來完成這一任務(wù)。用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。2.晶體三極管在控制電路中，由于光敏電阻的工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，因此一般都需要配置一定的放大電路實(shí)現(xiàn)控制。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)。實(shí)驗(yàn)探究

3.實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R2為發(fā)光二極管的限流電阻。可調(diào)電阻R1與光敏電阻RG組成串聯(lián)分壓電路。下面提供兩種模擬的光控開關(guān)電路，用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。光控開關(guān)電路4.

實(shí)驗(yàn)基本元件及參數(shù)序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)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L

6V0.3A18二極管DIN400119電源干電池6V15.電路工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，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(shí)，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(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。6.實(shí)驗(yàn)操作（1）按如圖所示電路連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)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(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察。視頻：光控開關(guān)拓展學(xué)習(xí)：雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。雙金屬片溫度傳感器

1.常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用．2.熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．拓展學(xué)習(xí)：煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器報(bào)警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變?。c傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)．天花板上的火災(zāi)報(bào)警器結(jié)構(gòu)和原理典例精析例1：光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動(dòng)控制開關(guān)，如圖所示為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果．解析：當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點(diǎn)斷開，路燈熄滅.夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮．課堂小結(jié)一、門窗防盜報(bào)警裝置二、光控開關(guān)三、拓展學(xué)習(xí)：雙金屬片、煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器跟蹤練習(xí)1.如圖所示，全自動(dòng)洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動(dòng)作的，當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí)，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運(yùn)動(dòng)，從而牽引排水閥的閥門排除污水．以下說法中正確的是(

)A．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為N極，B端為S極B．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為S極，B端為N極C．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2不能被吸入線圈中D．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2仍能被吸入線圈中解析：若電流由a流入，b流出，根據(jù)右手定則，螺線管左端為N極，鐵芯2被磁化后，A端為N極，A正確，無論接交流電或直流電，鐵芯2都會(huì)被通電螺線管磁化，D正確。AD2．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(dòng)機(jī)，D是彈簧，E是銜鐵，F(xiàn)是電磁鐵，S1、S2分別為觸點(diǎn)開關(guān)，S為開關(guān)，J為電池．請(qǐng)利用上述材料，設(shè)計(jì)一個(gè)住宅樓房頂上的自動(dòng)注水裝置．(1)連接電路圖；(2)簡(jiǎn)述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)．解析：合上開關(guān)S，當(dāng)浮子上升使B接觸到S1時(shí)，左側(cè)電路(控制電路)工作，電磁鐵F拉下銜鐵E，使S2斷開，電動(dòng)機(jī)M不工作，當(dāng)水位下降使B與S1脫離，電路停止工作，F(xiàn)無磁性，D拉動(dòng)E，使S2接通，M工作。3.演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C.物體M不動(dòng)時(shí)，電路中沒有電流D.物體M不動(dòng)時(shí)，電壓表沒有示數(shù)B解析：電壓表測(cè)的是如圖所示陰影部分電阻分到的電壓，回路中流過電源的電流不變，M運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻變化，分到的電壓也變化，M不動(dòng)時(shí)，電壓不變。4.如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某