第2節(jié) 科學(xué)制作：簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

第2節(jié)科學(xué)制作：簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)設(shè)計(jì)并制作光報(bào)警裝置。(2)設(shè)計(jì)并制作溫度報(bào)警裝置。(3)了解制作的報(bào)警裝置的工作原理。

實(shí)驗(yàn)器材光敏電阻、熱敏電阻、溫度計(jì)、干電池、手電筒、蜂鳴器、開關(guān)、導(dǎo)線、變阻器。

實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)圖甲和圖乙分別是光報(bào)警裝置和溫度報(bào)警裝置的電路圖。(1)甲圖中，有光照射光敏電阻R時(shí)，其阻值減小，隨著光的強(qiáng)度增大，阻值減小到一定程度時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警。(2)乙圖中，熱敏電阻RT溫度升高時(shí)，其阻值減小，隨著溫度升高，阻值減小到一定程度時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警。

實(shí)驗(yàn)步驟(1)按實(shí)驗(yàn)原理圖組裝電路。(2)用一定亮度的光照射光敏電阻。(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使蜂鳴器開始報(bào)警。(4)換用另一亮度的光照射光敏電阻，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次。(5)用熱水給熱敏電阻加熱到一定溫度，用溫度計(jì)測(cè)出這個(gè)溫度。(6)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使蜂鳴器開始報(bào)警。(7)改變熱水溫度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次。

數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，記錄光照強(qiáng)度、熱水溫度和蜂鳴器報(bào)警的情況，得出隨滑動(dòng)變阻器阻值變化，蜂鳴器報(bào)警時(shí)光照強(qiáng)度的變化規(guī)律和蜂鳴器報(bào)警時(shí)溫度的變化規(guī)律。

注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，手電筒不能對(duì)著人的眼睛直射；要避免被熱水燙傷。一、光敏電阻傳感器的應(yīng)用[典例1]為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D甲給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨光的照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。(2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)。請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號(hào)

，阻值見上表)；直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。[答案]

見解析[微點(diǎn)撥]設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路的思路(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?？刂齐娐酚呻娫础㈤_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)線組成。這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器實(shí)際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自動(dòng)控制電路的合理性。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)崦綦娮杓訜幔瑱z查工作電路的接通和斷開是否符合實(shí)際要求，比如，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。

[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]1．為了設(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，可供選擇的器材如下：光敏電阻、繼電器、直流電源、交流電源、開關(guān)、燈泡及導(dǎo)線若干。 (1)如圖所示為已畫出的部分電路，請(qǐng)補(bǔ)畫完整電路原理圖。(2)關(guān)于以上電路工作的原理，下列說法正確的是________。A．光敏電阻受光照，電阻變小，繼電器工作B．光敏電阻受光照，電阻變小，繼電器不工作C．繼電器工作時(shí)，照明電路閉合，燈泡亮D．繼電器不工作時(shí)，照明電路閉合，燈泡亮解析：(1)如圖所示。(2)有光照射時(shí)，光敏電阻阻值變小，控制電路中電流變大，線圈磁性增強(qiáng)，將G處動(dòng)片吸引過來，G與H斷開，繼電器工作，照明電路斷開，燈泡不亮。繼電器不工作時(shí)，照明電路閉合，燈泡亮。答案：(1)見解析圖(2)AD二、熱敏電阻傳感器的應(yīng)用[典例2]現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時(shí)阻值為650.0Ω。(1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為________Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________。②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至(4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。[解析]

(1)電路圖連接如圖。(2)報(bào)警器開始報(bào)警時(shí)，對(duì)整個(gè)回路有U＝Ic(R滑＋R熱)，代入數(shù)據(jù)可得R滑＝1150.0Ω，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R2。[答案]

(1)連線見解析圖(2)R2

(3)①650.0

b接通電源后，流過報(bào)警器的電流會(huì)超過20mA，報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器開始報(bào)警 [對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]2．利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱敏傳感器，一般體積很小，可以用來測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高。 (1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變________(選填“大”或“小”)。 (2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20℃(如圖甲所示)，則25℃的刻度應(yīng)在20℃的刻度的________(選填“左”或“右”)側(cè)。(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變化，請(qǐng)用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路。解析：(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度升高時(shí)電阻減小，溫度降低時(shí)，電阻增大。故電路中電流會(huì)變小。

(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流，故在20℃對(duì)應(yīng)電流刻度的右側(cè)。(3)如圖所示。答案：(1)小(2)右(3)見解析圖三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考查[典例3]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、繼電器、電池、交流電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干和燈泡等。(1)用導(dǎo)線連接各儀器。(2)簡(jiǎn)述其工作原理。[答案]

(1)電路連接如圖所示。(2)在白天，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，燈泡不亮。在黑夜，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。[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]3．(1)如圖甲所示為某賓館的房卡，只有把房卡插入槽中，房間內(nèi)的燈和插座才會(huì)有電。房卡的作用相當(dāng)于一個(gè)________(填電路元件名稱)接在干路上。 (2)如圖乙所示，當(dāng)房客進(jìn)門時(shí)，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時(shí)由于磁鐵吸引簧片，開關(guān)B就接通，通過繼電器J使整個(gè)房間的電器的總開關(guān)接通，房客便能使用室內(nèi)各種用電器。當(dāng)繼電器工作時(shí)，c、d相吸，a、b便接通。請(qǐng)你將各接線端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10適當(dāng)?shù)剡B接起來，構(gòu)成正常的電門卡電路。解析：(1)房卡可以控制房間內(nèi)的燈和插座