2022-2023年高考物理一輪復習 實驗：傳感器的應用課件

1、一、實驗目的(1)利用斯密特觸發(fā)器設計光控開關(guān)電路和溫度報警器.(2)提高電子技術(shù)方面的設計和制作能力.二、實驗原理1光控開關(guān)(1)電路如圖631所示.圖631 (2)斯密特觸發(fā)器的工件原理：斯密特觸發(fā)器是一個性能特殊的非門電路,當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值(1.6 V)時,輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25 V),而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候(0.8 V),Y會從低電平跳到高電平(3.4 V). (3)光控開關(guān)的原理(如圖631所示)：白天,光照強度較大,光敏電阻RG阻值較小,加在斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,發(fā)光二極管LED不導通；當天

2、暗到一定程度時,RG阻值增大到一定值,斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到1.6 V,輸出端Y突然從高電平跳到低電平,則發(fā)光二極管LED導通發(fā)光(相當于路燈),這樣就達到了使路燈天明自動熄滅,天暗自動開啟的目的. 2溫度報警器(1)電路如圖632所示.圖632 (2)工作原理：常溫下,調(diào)節(jié)R1的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端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；當溫度升高時,熱敏電阻RT阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓升高,當達到某一值(高電平)時,其輸出端Y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,可以通過調(diào)節(jié)R1來調(diào)節(jié)蜂鳴器的

3、靈敏度. 三實驗器材 1光控開關(guān)實驗 斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V,0.3 A)、可變電阻R1(最大阻值51 k)、電阻R2(330 )、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、黑紙. 2溫度報警器實驗 斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1 k)、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、燒杯(盛有熱水). 四實驗步驟 1光控開關(guān) (1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上. (2)檢查各元件的連接,確保無誤. (3)接通電源,調(diào)節(jié)電阻R1,使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮. (4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻,觀察發(fā)光二極

4、管或燈泡的狀態(tài). (5)逐漸撤掉黑紙,觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài).2溫度報警器(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上.(2)檢查各元件的連接,確保無誤.(3)接通電源,調(diào)節(jié)電阻R1,使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲.(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高,注意蜂鳴器是否發(fā)聲.(5)將熱敏電阻從熱水中取出,注意蜂鳴器是否發(fā)聲. 五、注意事項 (1)安裝前,對器材進行測試,確保各元件性能良好后,再進行安裝. (2)光控開關(guān)實驗中,二極管連入電路的極性不能反接,否則繼電器不能正常工作. (3)光控開關(guān)實驗中要想天更暗時“路燈”才會亮,應該把R1的阻值調(diào)大些. (4)溫度報警器實驗中,要使蜂鳴器在更低的溫度時報

5、警,應該把R1的阻值調(diào)大些. 例1如圖633所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖,試說明其工作原理.圖633 解析(1)電磁繼電器的工作原理 因集成電路允許通過的電流較小,白熾燈泡工作電流較大,所以使用繼電器來啟閉工作電路.如題圖所示虛線框內(nèi)是電磁繼電器J,D為動觸點,E為靜觸點.當線圈A中通電時,鐵芯中產(chǎn)生磁場,吸引銜鐵B向下運動,從而帶動觸點D向下與E接觸,工作電路接通；當線圈A中電流為零時,電磁鐵失去磁性,銜鐵B在彈簧作用下拉起,帶動觸點D與E分離,自動切斷工作電路. (2)控制電路工作原理 天較亮時,光敏電阻RG阻值較小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低,則輸出端Y輸出高電平,線

6、圈A中無電流,工作電路不通. 天較暗時,光敏電阻RG電阻增大,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高,當升高到一定值時,輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過線圈A,電磁繼電器工作,接通工作電路,使燈自動開啟. 天明后,RG阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低,降到一定值時,輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈A不再有電流,電磁繼電器自動切斷工作電路的電源,燈熄滅. 答案見解析 例2在制作光控電路實驗中,某同學按圖634所示電路將元件安裝完畢后,發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時,燈泡不發(fā)光,原因可能是() A二極管兩極接反 BR1與RG位置顛倒 CR1阻值太小 D燈泡被斷路圖634 解析由

7、題可知若二極管接反,光線暗時,二極管上為負向電壓,無法導通,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,晶體管不導通,燈泡不發(fā)光,B項正確；若R1阻值太小,Y端一直為低電平,燈泡一直發(fā)光,C項錯誤；燈泡斷路時無法發(fā)光,D正確. 答案ABD 例3某學生為測量一個物體的質(zhì)量,找到一個力電轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k),如圖635所示,測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓,使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為零；而后在其受壓面上放一物體,即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U. 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個,開關(guān)及導線若干,待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上).圖635 請完成對該物體質(zhì)量的測量. (1)設計一個電路圖,要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào),并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大. (2)簡要說明測量步驟,求