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

第第頁題目5.2利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課型新課日期12月份學習目標1.了解門窗防盜報警裝置的原理。2.了解光控開關的原理。3.培養(yǎng)實驗動手能力，體會物理知識在實際中的應用?；A知識實驗一門窗防盜報警裝置1．實驗目的(1)了解門窗防盜報警裝置的工作原理；(2)練習使用傳感器自動控制設備。2．電路設計如圖1所示，門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內與M相對的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報警電路。干簧管可將這一非電學量轉換為。3．實驗器材和裝置如圖2所示，采用干簧管作為，用于感知磁體磁場是否存在。繼電器(虛線方框部分)作為裝置。發(fā)光二極管LED作為電路工作提示。發(fā)光二極管和普通二極管一樣具有單向導電性，而且在導電時還能發(fā)光，有紅、綠、黃等多種顏色。R為發(fā)光二極管的限流電阻，起作用。蜂鳴器H作為提醒。4．電路工作原理閉合電路開關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)。當門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁，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。5．實驗操作(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，觀察簧片能否正常工作。(2)確定各元件可以正常工作后，按照如圖2所示電路圖連接電路。(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。實驗二光控開關1．實驗目的：了解光控開關電路及控制原理，會組裝光控開關。2．實驗器材和裝置(1)晶體三極管：具有作用，在控制電路中常用作。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(如圖)，從輸入一個較小的電流，就會在獲得較大的電流。(2)電路設計實驗電路如圖甲、乙所示。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。可調電阻R1與光敏電阻RG組成串聯(lián)分壓電路，把光敏電阻因光照而發(fā)生的電阻變化，轉換為電壓的變化，加載到三極管VT的基極b上(圖甲)。當基極電壓達到一定程度后，三極管被導通，從而使得由電源正極經電阻R2、發(fā)光二極管、三極管集電極和發(fā)射極到達電源負極的回路被導通?？烧{電阻R1的作用是調整設定電路對周邊光亮度的反應，在電路中能夠控制三極管的電流。如果把R1阻值調得更大些，就會在天更時才點亮路燈。為了能夠驅動更大功率的負載，如采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙中K為繼電器的線圈，S為它的常開觸點。為了防止繼電器釋放銜鐵時線圈中的自感電動勢損壞三極管，必須給線圈并聯(lián)一只二極管D，以提供自感電流釋放的通路。3．電路工作原理當環(huán)境光比較強時，光敏電阻RG的阻值，三極管，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當于，即發(fā)光二極管；繼電器處于狀態(tài)，小燈泡L。當環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值，三極管，且獲得足夠的基極電流，產生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅動繼電器吸合而點亮小燈泡L。4．實驗操作(1)按照圖甲、乙所示連接電路，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。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。課堂拓展1.某同學設計了一個加速度計，如圖5.3-6所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，當P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側偏轉。將框架固定在運動的物體上，當物體具有圖示方向的加速度a時，電壓表的指針將向哪個方向偏轉?簡述你分析的過程。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備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當有光照射時，二極管導通，沒有光照時，二極管截止）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關，使機床停止工作，避免事故發(fā)生。請簡述光控繼電器的原理。3.某同學在研究性學習活動中自制電子秤，原理示意圖如圖5-5所示。用理想電壓表的示數(shù)指示物體的質量，托盤與電阻可忽略的金屬彈簧相連，托盤與彈簧的質量均不計，滑動變阻器R的滑動端與彈簧上端連接。當托盤中沒有放物體時，滑片恰好指在變阻器的最上端，此時電壓表示數(shù)為0。設變阻器總電阻為R，總長度為l，電源電動勢為E，內阻為r，限流電阻阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計一切摩擦和其他阻力。試推導出電壓表示數(shù)U與所稱物體質量m的關系式。隨堂檢測4．圖甲為一種家用門窗防盜報警器，由磁條和主機組成，圖乙為其簡化示意圖。安裝時，將磁條固定在門上，主機安裝在與其等高的門框邊緣，門關上時，兩者剛好靠近在一起。當主機開關閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關說法正確的是()A．觸發(fā)器內是一個開關，當主機與磁條靠近時，開關是斷開的B．觸發(fā)器可以由銅制成C．磁條的兩極對調后，該報警器不能正常工作D．本裝置是利用電流的磁效應工作的5.(多選)如圖所示為門窗防盜報警器實驗中使用的電磁繼電器的構造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點轉動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱。繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是()A．A、B間接控制電路，C、D間接被控電路B．A、B間接被控電路，C、D間接控制電路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6.如圖所示是某保密室的防盜報警電路，當有人闖入保密室時會使開關S閉合。下列說法正確的是()A．電磁繼電器與發(fā)電機工作原理相同B．電磁鐵的磁性強弱只與電流大小有關C．電磁鐵工作時，上端為S極D．當有人闖入保密室時，b燈亮7．如圖所示是一種水位自動報警器的原理示意圖。當杯中的水位到達金屬塊B時，出現(xiàn)的情況是()A．L1燈亮B．L2燈亮C．L1、L2兩燈同時亮D．L1、L2兩燈都不亮8．（多選）某同學設計的家庭電路保護裝置如圖所示。鐵芯左側線圈L1由火線和零線并行繞成。當右側線圈L2中產生電流時，電流經放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質開關K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產生的磁場，下列說法正確的是()A．家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零B．家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變C．家庭電路發(fā)生短路時，開關K將被電磁鐵吸起D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關K將被電磁鐵吸起9.（多選）傳感器擔負著信息的采集任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量)，例如熱敏傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報警器的線路圖。則下列說法正