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課題第3節(jié)利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課型新授課教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)課程主要研究了光敏電阻、熱敏電阻以及電阻應(yīng)變片的工作原理,及其在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用,認(rèn)識到傳感器主要是用來完成一定的控制任務(wù),通過對本節(jié)知識的學(xué)習(xí)學(xué)生可以嘗試使用常見的電子元器件,組裝實用的光控開關(guān)與溫度報警電路。學(xué)習(xí)者分析在本課程中,我們將引導(dǎo)學(xué)生利用傳感器制作簡單的自動控制裝置,讓學(xué)生更深刻地理解傳感器和自動化控制的本質(zhì)。同時,本課程還將培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和科學(xué)研究能力,讓學(xué)生通過自己的實踐體驗,感受到物理學(xué)科的魅力。學(xué)習(xí)目標(biāo)確定物理觀念:1.了解門窗防盜報警裝置的原理。2.了解光控開關(guān)的原理科學(xué)思維:通過閱讀教材和實驗觀察,了解幾種常見傳感器的工作原理,知道它們的特性及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。科學(xué)探究:通過利用傳感器制作簡單的自動控制裝置的實驗過程,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)實踐意識和能力??茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任:通過實驗演示、動手操作儀器,讓學(xué)生體驗傳感器的特點,將理論聯(lián)系實際。學(xué)習(xí)重點難點教學(xué)重點:設(shè)計方案及其工作原理教學(xué)難點:動手實踐能力5.學(xué)習(xí)評價設(shè)計6.學(xué)習(xí)活動設(shè)計教師活動學(xué)生活動環(huán)節(jié)一:新課引入教師活動1一.引入新課你了解哪些敏感元件?如何利用這些敏感元件制作自動控制裝置?二.進(jìn)行新課(一)門窗防盜報警裝置1.認(rèn)識和利用干簧管——非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷2.分析教材圖5.31對應(yīng)的裝置3.分析教材圖5.32對應(yīng)的電路的工作原理4.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,觀察簧片能否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后,按照圖5.32所示連接電路。(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。5.例1:如圖甲為一種家用門磁防盜報警器,由磁條和主機(jī)組成,門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖。安裝時,將磁條固定在門上,主機(jī)安裝在與其等高的門框邊緣,門關(guān)上時,兩者剛好靠近在一起。當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機(jī)分離,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關(guān)說法正確的是()A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān),當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時,開關(guān)是斷開的B.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調(diào)后,該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的解析當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合、門關(guān)上時,磁條與觸發(fā)器剛好靠近在一起,此時報警器不工作,說明電路是斷開的;當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機(jī)分離,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲,說明此時開關(guān)是閉合的,選項A正確;觸發(fā)器與磁條之間存在磁力的作用,所以觸發(fā)器不可能是銅制成的,因為銅沒有磁性,選項B錯誤;磁條無論哪個磁極靠近觸發(fā)器,都存在磁力作用,所以兩極對調(diào)后,該報警器仍能正常工作,選項C錯誤;本裝置利用的是磁體能夠吸引磁性物體的特點,選項D錯誤。答案A(二)光控開關(guān)1.初步認(rèn)識三極管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。三極管的一個重要特性是,從基極輸入一個較小的電流,就會在集電極獲得較大2.電路工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時,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,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,點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。3.實驗操作(1)按照圖5.35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(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,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(qiáng),當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時,則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。4.例2如圖所示是用三極管控制某宿舍樓道內(nèi)照明燈的示意圖,試說明其工作原理。解析天較亮?xí)r,光敏電阻RG阻值較小,基極電壓較小,三極管斷路,工作電路不通。天較暗時,光敏電阻RG電阻增大,基極電壓達(dá)到一定程度后,三極管被導(dǎo)通,從而使得由電源正極經(jīng)電阻R2、線圈A、三極管集電極和發(fā)射極到達(dá)電源負(fù)極的電路被導(dǎo)通,電磁繼電器工作,接通工作電路,使照明燈自動開啟。天明后,RG阻值減小,基極電壓較小,三極管斷路,則線圈A中不再有電流,電磁繼電器自動切斷工作電路的電源,照明燈熄滅。三、總結(jié):(見板書設(shè)計)學(xué)生活動1學(xué)生思考回答討論與交流電路工作原理: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,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(dāng)門窗開啟時,磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報警。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)于一個自動的雙向開關(guān)?;顒右鈭D說明:學(xué)生討論,教師借機(jī)導(dǎo)入新課。由已知內(nèi)容過度進(jìn)入未知內(nèi)容,能有效激發(fā)學(xué)生的求知欲。7.板書設(shè)計利用傳感器制作簡單的自動控制裝置1.門窗防盜器實驗中,連接電路前,要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁鐵直接靠近干簧管,觀察簧片能否正常工作。2.安裝實驗裝置時,要使磁鐵正對干簧管。3.光控開關(guān)實驗中要想天更暗時“路燈”才會亮,應(yīng)把R1的阻值調(diào)大些。8.作業(yè)與拓展學(xué)習(xí)設(shè)計自動控制電路的設(shè)計及組裝設(shè)計自動控制電路時,一般按照以下的思路進(jìn)行(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)、敏感元件(光敏電阻、熱敏電阻或其他敏感元件)、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。這兩個電路相互獨立,又通過繼電器相關(guān)聯(lián),繼電器實際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自動控制電路的合理性。電路設(shè)計完成后,要對它的合理性進(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際要求,比如自控路燈電路的設(shè)計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。(3)如果在調(diào)試報警器達(dá)到最低報
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