新教材2023-2024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(dòng)控制裝置課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第五章3利用傳感器制作簡單的自動(dòng)控制裝置學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解門窗防盜報(bào)警器的原理。(物理觀念)2.了解光控開關(guān)的原理。(物理觀念)3.培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,體會(huì)物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。(科學(xué)探究)4.體驗(yàn)從原理到應(yīng)用的過程,培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)一、門窗防盜報(bào)警裝置1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忾T窗報(bào)警裝置的原理。2.實(shí)驗(yàn)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)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖所示。3.實(shí)驗(yàn)器材電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。4.實(shí)驗(yàn)步驟(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,連接電路。(3)接通電源后,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二、光控開關(guān)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)的原理。2.實(shí)驗(yàn)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。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖所示。3.實(shí)驗(yàn)器材可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源。4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)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。易錯(cuò)辨析(1)隨著光照的增強(qiáng),光敏電阻的電阻值逐漸減小。(

)(2)熱敏電阻可以把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。(

)(3)金屬熱電阻是由金屬制成的。(

)√√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)電磁繼電器與自動(dòng)控制【例題】

現(xiàn)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示,試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路。要求溫度低于某一溫度時(shí),電爐絲自動(dòng)通電供熱,超過某一溫度時(shí),又可以自動(dòng)斷電,畫出電路圖并說明工作過程。答案

見解析

解析

電路圖如圖所示。

工作過程:閉合S,當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值大,通過電磁繼電器的電流不能使它工作,K接通電爐絲加熱,當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),熱敏電阻減小到某值,通過電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流,K斷開,電爐絲斷電,停止供熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值,又重復(fù)前述過程。方法技巧

設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路的一般思路(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路?？刂齐娐酚呻娫?、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成;工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個(gè)電路相互獨(dú)立,又通過電磁繼電器相關(guān)聯(lián),電磁繼電器實(shí)際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自控電路的合理性。電路設(shè)計(jì)完成后,要對(duì)它的合理性進(jìn)行分析,用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?檢查工作電路的接通和斷開是否符合實(shí)際要求。例如,自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路,使路燈熄滅,晚上接通工作電路,使路燈發(fā)光。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123451.(電磁繼電器)如圖所示,某小型電磁繼電器,其中L為含鐵芯的線圈。P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片,K為彈簧,S為一對(duì)觸頭,A、B、C、D為四個(gè)接線柱。電磁繼電器與傳感器配合,可完成自動(dòng)控制的要求,其工作方式是(

)A.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)B.A與B接信號(hào)電壓,C與D跟被控電路并聯(lián)C.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D.C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路并聯(lián)A解析

A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓,線圈電流隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放,從而使C、D接通或斷開,進(jìn)而起到控制作用,故正確選項(xiàng)為A。123452.(自動(dòng)控制)(多選)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AD123453.(自動(dòng)控制)(多選)某儀器內(nèi)部的電路如圖所示,其中M是一個(gè)質(zhì)量較大的金屬塊,左、右兩端分別與金屬絲制成的彈簧相連,并套在光滑水平細(xì)桿上,當(dāng)金屬塊處于平衡狀態(tài)時(shí),兩根彈簧均處于原長,此時(shí)甲、乙兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是(

)A.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí),甲燈亮B.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí),乙燈亮C.當(dāng)汽車剎車時(shí),甲燈亮D.當(dāng)汽車剎車時(shí),乙燈亮BC12345解析

當(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí),金屬塊M向后偏離原位置,乙燈所在電路被接通,所以乙燈亮,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;當(dāng)汽車剎車時(shí),金屬塊M向前偏離原位置,甲燈所在電路被接通,所以甲燈亮,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。123454.(光控電路的分析)為設(shè)計(jì)一個(gè)白天自動(dòng)關(guān)燈,黑夜自動(dòng)開燈的自動(dòng)控制裝置,可供選擇的儀器如下:光敏電阻、電磁繼電器、電池、交流電源、開關(guān)、導(dǎo)線和燈泡等。(1)用導(dǎo)線連接各儀器。(2)簡述其工作原理。

12345答案

(1)電路連接如圖所示。

(2)當(dāng)天亮?xí)r,光線照射光敏電阻A,其阻值迅速減小,控制回路中電流增大,電磁繼電器B工作,吸住銜鐵使觸點(diǎn)斷開,燈泡熄滅。當(dāng)夜晚降臨時(shí),光線變暗,光敏電阻A的阻值增大,控制回路中電流減小,彈簧將銜鐵拉起,使觸點(diǎn)接通,燈泡點(diǎn)亮。123455.(報(bào)警系統(tǒng)的電路分析)小明利用熱敏電阻設(shè)計(jì)了一個(gè)過熱自動(dòng)報(bào)警電路,如圖甲所示。將熱敏電阻RT安裝在需要探測溫度的地方,當(dāng)環(huán)境溫度正常時(shí),繼電器的上觸點(diǎn)接觸,下觸點(diǎn)分離,指示燈亮;當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時(shí),繼電器的下觸點(diǎn)接觸,上觸點(diǎn)分離,警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1=3V,繼電器線圈用漆包線繞成,其電阻R0為30Ω。當(dāng)線圈中的電流大于等于50mA時(shí),繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。甲

乙12345(1)由圖乙可知,當(dāng)環(huán)境溫度為40℃時(shí),熱敏電阻阻值為

Ω。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),熱敏電阻阻值將

,繼電器的磁性將

。(后兩空均選填“增大”“減小”或“不變”)

(2)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱

相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱

相連。(均選填“A”或“B”)

(3)圖甲中線圈下端P的磁極是

(選填“N”或“S”)極。

(4)請(qǐng)計(jì)算說明,環(huán)境溫度在什么范圍內(nèi)時(shí),警鈴報(bào)警。環(huán)境溫度大于等于80℃時(shí),警鈴報(bào)警。70減小增大BAN12345解析

(1)分析乙圖可知,熱敏電阻40

℃對(duì)應(yīng)的阻值為70

Ω。溫度升高時(shí),熱敏電阻阻值減小,根據(jù)歐姆定律可知,電路中電流增大,電磁鐵的磁性增大。(2)當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時(shí),繼電器的下觸點(diǎn)接觸,上觸點(diǎn)分離,警鈴響,所以警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。(3)分析電流的流向,根據(jù)安培定則可得到線圈的