2024-2025學(xué)年高中物理第六章傳感器3實驗：傳感器的應(yīng)用學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE8-3試驗：傳感器的應(yīng)用1．光控開關(guān)主要元件是光敏電阻，它是用來限制路燈自動點亮、熄滅的自動限制裝置．2．溫度報警器溫度報警器電路，如圖所示．常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度上升時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢上升，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲，R1的阻值不同，則報警溫度不同．樓道中的聲光控開關(guān)是如何限制電燈開、關(guān)的？提示：樓道中的聲光控開關(guān)相當(dāng)于“與”門，當(dāng)白天光照好時，光控開關(guān)常開，相當(dāng)于“0”，此時無論聲音多大，聲控開關(guān)是否閉合，燈都不亮；晚上或光線暗時，光控開關(guān)常閉，相當(dāng)于“1”，此時假如有聲音，聲控開關(guān)閉合，即變?yōu)椤?”，電路才接通，燈泡發(fā)光.考點一光控開關(guān)1．光控開關(guān)的電路圖光控開關(guān)的電路圖如圖所示．2．工作原理(1)如上圖甲所示光控電路，用發(fā)光二極管LED仿照路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω，其工作原理如下：在白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到肯定程度時，RG的阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電勢上升到某個值(1.6V)，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動開啟的目的．(2)由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈仿照路燈，就要用繼電器來啟閉另外的供電電路．如上圖乙所示，天較亮?xí)r，光敏電阻RG的阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，繼電器的線圈J中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG的阻值增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電勢上升，當(dāng)上升到肯定值時，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，這時有電流通過線圈J，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，光敏電阻RG的阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電勢漸漸降低，降到肯定值時，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，這時線圈J不再有電流通過，則繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．(Ja為繼電器線圈的常開觸點)1.斯密特觸發(fā)器,斯密特觸發(fā)器又稱斯密特非門，是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門.斯密特觸發(fā)器具有以下兩個特點：1具有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓；2斯密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)型”電路，不依靠于邊沿陡峭的脈沖，它能將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號.2．電磁繼電器的工作原理如圖所示，圖中虛線框內(nèi)的部分即為電磁繼電器，D為動觸點，E為靜觸點．當(dāng)線圈J通電時，電磁鐵產(chǎn)生磁性，吸引銜鐵B向下運(yùn)動，從而帶動動觸點D向下與E接觸，將工作電路接通；當(dāng)線圈J中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧的作用下被拉起，帶動動觸點D與E分別，自動切斷工作電路．【例1】[多選]圖甲表示斯密特觸發(fā)器，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓漸漸上升到某個值(1.6V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25V)，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個值(0.8V)的時候，Y會從低電平跳到高電平(3.4V)．圖乙為一光控電路，用發(fā)光二極管LED仿照路燈，RG為光敏電阻．下列關(guān)于斯密特觸發(fā)器和光控電路的說法中正確的是()A．斯密特觸發(fā)器的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號B．斯密特觸發(fā)器是具有特別功能的非門C．要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)當(dāng)把R1的阻值調(diào)大些D．當(dāng)輸出端Y突然從高電平跳到低電平常，發(fā)光二極管發(fā)光解答本題的關(guān)鍵：(1)知道斯密特觸發(fā)器的工作原理，了解非門電路的特點及其表示符號．(2)明白光敏電阻RG的阻值的大小隨光照強(qiáng)度的增加而減?。?3)知道二極管的單向?qū)щ娦裕甗答案]BCD[解析]斯密特觸發(fā)器是一種特別的非門，它能把連續(xù)改變的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號，選項A錯誤，B正確；假如把R1的阻值調(diào)大些，則只有RG的阻值達(dá)到更大值時，才能使斯密特觸發(fā)器的A端電壓達(dá)到某個值(1.6V)，即達(dá)到天更暗時路燈才會亮的目的，選項C正確；當(dāng)輸出端Y突然從高電平跳到低電平常，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，選項D正確．總結(jié)提能對于傳感器應(yīng)用的試驗，我們除了須要駕馭一些常見傳感器的原理及其應(yīng)用形式外，還應(yīng)駕馭好邏輯電路中的相關(guān)學(xué)問．如邏輯電路中，常把電勢的凹凸叫做“電平”的凹凸，“輸出低電平”的意思是，輸出端處于低電勢的狀態(tài)．[多選]在制作光控電路試驗中，某同學(xué)按圖所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)覺將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，緣由可能是(ABD)A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒C．R1阻值太小 D．燈泡被斷路解析：由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負(fù)向電壓，無法導(dǎo)通，燈泡不亮，A項正確；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時，Y端為高電平，晶體管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B項正確，若R1阻值太小，Y端始終為低電平，燈泡始終發(fā)光，C項錯誤；燈泡斷路時無法發(fā)光，D正確.考點二溫度報警器1．溫度報警器的電路圖溫度報警器的電路圖如圖所示．2．工作原理常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A為低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過峰鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度上升時，熱敏電阻RT的阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A處電勢上升，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲．說明：R1的阻值不同，則報警溫度不同．【例2】[多選]如圖所示是溫度報警器的電路原理圖，下列關(guān)于該電路的分析中正確的是()A．當(dāng)RT的溫度上升時，RT的阻值減小，A端電勢降低，Y端電勢上升，蜂鳴器會發(fā)出報警聲B．當(dāng)RT的溫度上升時，RT的阻值減小，A端電勢上升，Y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲C．當(dāng)增大R1時，A端電勢上升，Y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲D．當(dāng)增大R1時，A端電勢降低，Y端電勢上升，蜂鳴器會發(fā)出報警聲解答本題的思路為：eq\x(\a\al(要使蜂鳴,器發(fā)聲))→eq\x(\a\al(斯密特觸發(fā)器Y端為,低電平，A端為高電平))→eq\x(\a\al(RT的阻值減小或,R1的阻值增大))[答案]BC[解析]溫度上升時，熱敏電阻的阻值減小，或者增大R1的阻值，都能導(dǎo)致輸入端A的電勢上升，斯密特觸發(fā)器輸出端Y從高電平跳到低電平，從而使蜂鳴器發(fā)出報警聲．總結(jié)提能對于有關(guān)傳感器應(yīng)用的試驗電路問題，解答時應(yīng)先弄清晰電路中所用傳感器的類型及其工作原理，然后依據(jù)電路特點進(jìn)行分析．圖中是一個報警器裝置的邏輯電路圖．RT是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，R是一個阻值較小的分壓電阻，A為斯密特觸發(fā)器輸入端．(1)為什么在高溫時電鈴會響起？(2)為了提高電路的靈敏度，即將報警溫度調(diào)得低些，那么R的值應(yīng)當(dāng)大一些還是小一些？答案：(1)熱敏電阻的溫度上升，RT變小，A端的電壓低到某一值時，Y端會由低電平跳到高電平，加在電鈴兩端的電壓變大，電鈴響起．所以應(yīng)當(dāng)大一些．(2)若R的值大，由于它的分壓作用，使RT兩端的電壓不太高，則外界溫度不太高時，就能使PX之間電壓降到低電壓輸入，而當(dāng)A端的電壓降低到某一值時，Y端會由低電平跳到高電平，加在電鈴兩端的電壓變大，電鈴響起．所以應(yīng)當(dāng)大一些．

1．[多選]如圖所示為一個邏輯電平檢測電路，A與被測點相接，則(BC)A．A為低電平，LED發(fā)光B．A為高電平，LED發(fā)光C．A為低電平，LED不發(fā)光D．A為高電平，LED不發(fā)光解析：A為低電平常，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電平常，Y為低電平，LED的電壓大，發(fā)光，故B、C正確．2．如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是(D)A．溫度上升至74℃時，L1亮燈報警B．溫度上升至74℃時，L2亮燈報警C．溫度上升至78℃時，L1亮燈報警D．溫度上升至78℃時，L2亮燈報警解析：當(dāng)溫度低于78°時，線圈中沒有電流，此時燈L1亮，但不報警，當(dāng)溫度上升到78°時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報警，溫度上升至74℃時，線圈中沒有電流，只是燈L1亮，不會報警．3．2007年法國科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得·格林貝格爾由于發(fā)覺巨磁阻效應(yīng)(GMR)而榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎．如圖所示是利用GMR設(shè)計的磁鐵礦探測儀原理示意圖，圖中GMR在外磁場作用下，電阻會大幅度減?。铝姓f法正確的是(C)A．若存在磁鐵礦，則指示燈不亮；若將電阻R調(diào)大，該探測儀的靈敏度提高B．若存在磁鐵礦，則指示燈不亮；若將電阻R調(diào)小，該探測儀的靈敏度提高C．若存在磁鐵礦，則指示燈亮；若將電阻R調(diào)大，該探測儀的靈敏度提高D．若存在磁鐵礦，則指示燈亮；若將電阻R調(diào)小，該探測儀的靈敏度提高解析：假如存在磁鐵礦，則巨磁阻(GMR)大幅度減小，流過巨磁阻(GMR)和R電路的電流大幅度增大，由UR＝IR知，R兩端電壓增大，因此，巨磁阻(GMR)兩端電壓減小，即A端電平上升，則非門電路輸出端Z電平降低，則指示燈兩端電壓上升，指示燈亮，假如將電阻R調(diào)大，則A端電平調(diào)得更高，Z端輸出的電平更低，則指示燈的電壓更大，指示燈更亮，該探測儀的靈敏度提高，故A、B、D錯，C正確．4．如圖所示：1是彈簧，2是銜鐵，3是觸點，4是電磁鐵，5是熱敏電阻，6是滑動變阻器，7是電鈴，它們組成一種溫度自動報警電路．說明這種簡潔溫度自動報警電路的工作原理．答案：當(dāng)熱敏電阻的溫度上升時，電阻減小，電磁鐵電路中電流增大，當(dāng)電流達(dá)到肯定值時電磁鐵吸引銜鐵使電鈴電路閉合，電鈴發(fā)聲