新教材2025版高中物理第五章傳感器3.傳感器的應(yīng)用舉例4.自制簡單的控制電路學(xué)生用書教科版選擇性必修第二冊

3.傳感器的應(yīng)用舉例4．自制簡潔的限制電路課標(biāo)要求1．知道電熨斗、電飯鍋、火災(zāi)報(bào)警器的工作原理．2．了解汽車中的相關(guān)傳感器．3．能夠利用所學(xué)學(xué)問制作簡潔的限制電路．思維導(dǎo)圖必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、傳感器的應(yīng)用舉例1．溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗(1)工作特點(diǎn)：金屬底板溫度達(dá)到設(shè)定溫度后不再升溫，當(dāng)?shù)装鍦囟冉档偷娇隙囟葧r(shí)又會接著加熱，即底板總能保持在肯定溫度范圍內(nèi)．(2)傳感器類型：____________溫度傳感器．(3)溫度調(diào)整：通過旋轉(zhuǎn)調(diào)溫旋鈕的________．2．溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋(1)工作特點(diǎn)：煮飯時(shí)按下________后自行完成烹煮過程．(2)傳感器類型：________________．(3)溫度限制：感溫鐵氧體在溫度達(dá)到________℃(居里點(diǎn))時(shí)失去磁性，加熱開關(guān)斷開．3．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器(1)工作特點(diǎn)：當(dāng)密閉空間出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)報(bào)警．(2)傳感器類型：遮光型和________型光傳感器．(3)工作原理：照耀到____________上的光強(qiáng)發(fā)生改變時(shí)，破壞電路的正常狀態(tài)而報(bào)警．二、自制簡潔的限制電路1．光控LED燈：有光照的狀況下，光敏電阻的阻值________，基極與放射極間電壓________，發(fā)光二極管不能導(dǎo)通；無光照時(shí)間敏電阻阻值________，基極與放射極間電壓________，發(fā)光二極管導(dǎo)通．2．溫度報(bào)警器：接通電源后常溫下蜂鳴器不發(fā)聲，當(dāng)溫度到達(dá)某一值時(shí)________電阻阻值減小到某一值，可使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲．[導(dǎo)學(xué)]電熨斗和電飯鍋中運(yùn)用的溫度傳感器類型不同，前者是熱雙金屬片，后者是感溫鐵氧體．關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一傳感器的應(yīng)用實(shí)例歸納總結(jié)1.溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗(1)溫度傳感器：由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器，它可以把溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行自動(dòng)限制．(2)電熨斗的自動(dòng)控溫原理：其內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，如圖所示：常溫下，上下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分別，從而切斷電源停止加熱，溫度降低后，雙金屬片復(fù)原原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)限制溫度的作用．2．溫度傳感器的應(yīng)用——電飯鍋(1)結(jié)構(gòu)：如圖所示，它的主要元件感溫鐵氧體是用氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成的．它的特點(diǎn)是：常溫下具有磁性，能被磁體吸引，但是溫度上升到約103℃時(shí)，就失去了磁性，不能被磁體吸引了．(2)工作原理：電飯鍋工作時(shí)，按下開關(guān)按鈕，感溫鐵氧體與永磁體接觸，兩個(gè)接線螺釘通過觸點(diǎn)相連，電路接通，起先工作，電飯鍋內(nèi)溫度上升，當(dāng)達(dá)到103℃時(shí)，感溫鐵氧體與永磁體分別，帶動(dòng)觸點(diǎn)分別，電路斷開，不再加熱，電飯鍋停止工作．3．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器(1)遮光型光電式煙霧報(bào)警器(圖b)的發(fā)光元件和受光元件是正對的．正常狀況下，發(fā)光元件發(fā)出的光通過透鏡聚焦成平行光照耀到受光元件上，將其轉(zhuǎn)換成電信號，使整個(gè)電路維持在正常狀態(tài)，不發(fā)出警報(bào)．發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧通過罩孔進(jìn)入檢測室，光被煙霧粒子反射或散射，照耀到受光元件上的光強(qiáng)明顯減弱，破壞了電路的正常狀態(tài)，由此發(fā)出報(bào)警信號．(2)散射型光電式煙霧報(bào)警器(圖c)中，發(fā)光元件和受光元件不是正對的．正常狀況下，發(fā)光元件發(fā)出的光通過透鏡聚焦成平行光，不能照耀到受光元件上，電路維持正常狀態(tài)．而發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光經(jīng)煙霧反射或散射照耀到受光元件上，由此發(fā)出報(bào)警信號．典例示范例1(多選)如圖所示為電熨斗構(gòu)造的示意圖，其中溫度敏感元件是雙金屬片，其作用是限制電路的通斷．下列說法中正確的是()A．當(dāng)溫度上升時(shí)，雙金屬片下層的膨脹大于上層B．常溫下，電熨斗的上下觸點(diǎn)是分別的C．當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片向下彎曲D．熨燙棉麻衣物須要設(shè)定較高的溫度，這時(shí)調(diào)整調(diào)溫旋鈕使調(diào)溫旋鈕下降素養(yǎng)訓(xùn)練1(多選)電飯鍋工作原理電路如下圖所示．下列關(guān)于電飯鍋工作原理的說法中，正確的有()A.必需手動(dòng)按下開關(guān)按鍵后，電飯鍋才能起先正常工作B．插上電源插頭后，電飯鍋即正常工作，直至飯煮熟C．感溫鐵氧體的作用是在鍋內(nèi)溫度達(dá)到103℃時(shí)失去磁性，再在彈簧的作用下使電路斷開D．通過圖示電路即可實(shí)現(xiàn)加熱和自動(dòng)保溫功能素養(yǎng)訓(xùn)練2如圖所示是會議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透亮的擋板．平常間電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說法正確的是()A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出改變發(fā)出警報(bào)B．光電三極管溫度上升，電阻變小，檢測電路檢測出改變發(fā)出警報(bào)C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào)D．以上說法均不正確探究點(diǎn)二簡潔的限制電路歸納總結(jié)設(shè)計(jì)自動(dòng)限制電路時(shí)，一般依據(jù)以下的思路進(jìn)行：(1)依據(jù)題目給出的儀器和要求畫出限制電路和工作電路：限制電路由電源、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，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器事實(shí)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，要對它的合理性進(jìn)行分析，用光照耀光敏電阻或給熱敏電阻加熱，檢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，使路燈點(diǎn)亮發(fā)光．典例示范例2光敏電阻在各種自動(dòng)扮裝置中有許多應(yīng)用，其中有可用于路燈自動(dòng)限制的開關(guān)．如圖所示為試驗(yàn)所用器材，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為電流放大器，D為路燈，請連成電路，達(dá)到日出路燈熄、日落路燈亮的效果，并說明此電路的工作原理．素養(yǎng)訓(xùn)練3為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所運(yùn)用光控開關(guān)限制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采納光敏電阻來限制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生改變的元件(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(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018(1)依據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)诮o定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度改變的曲線，并說明阻值隨照度改變的特點(diǎn)________．(2)如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，限制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡潔電路．給1、2兩端供應(yīng)電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖．(不考慮限制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響)供應(yīng)的器材如下：光敏電源E(電動(dòng)勢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．素養(yǎng)訓(xùn)練4現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻限制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過120℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警．供應(yīng)的器材有：熱敏電阻(該熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而減小，在120℃時(shí)阻值為700.0Ω)；報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會報(bào)警，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)；電阻箱(最大阻值為999.9Ω)；直流電源(輸出電壓為U約為18V，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．在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖如圖所示．(1)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(選填“R1”或“R2”)．(2)依據(jù)下列步驟調(diào)整此報(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，依據(jù)試驗(yàn)要求，這一阻值為________Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________(選填“a”或“b”)端旁邊，不能置于另一端的緣由是________．②將開關(guān)向________(選填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至________．(3)滑動(dòng)變阻器滑片的位置________(選填“不變”“向左滑動(dòng)”或“向右滑動(dòng)”)，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常運(yùn)用．(4)若要將此系統(tǒng)改為光敏電阻限制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)光敏電阻的光照達(dá)到或超過某一特定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，且光敏電阻在這一特定值時(shí)的電阻為650Ω，則需將上述電路中的________換成光敏電阻，并將電阻箱的阻值調(diào)到________Ω，然后重復(fù)上述操作即可．隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．如圖為火災(zāi)報(bào)警器，在會議室、賓館房間的天花板上均有安裝．當(dāng)有煙霧進(jìn)入這種有孔的罩內(nèi)時(shí)即會發(fā)出警報(bào)，則該報(bào)警器中裝有的傳感器是()A．光傳感器B．壓力傳感器C．聲音傳感器D．溫度傳感器2．(多選)某同學(xué)發(fā)覺他居住的樓房中，樓梯上的過道燈在夜晚天黑時(shí)，用力拍掌燈就亮了；而白天怎樣用力拍掌，燈都不能亮．后來老師告知他：過道燈是由聲傳感器和光傳感器同時(shí)來限制的，其原理圖如圖所示，下列關(guān)于聲傳感器和光傳感器的說法正確的是()A．白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合B．夜晚無光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合C．有人走動(dòng)或發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合D．無人走動(dòng)或沒有聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合3．如圖所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡潔的恒溫限制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的上升而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成限制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接．則()A.當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會被吸下B．當(dāng)溫度上升到某一數(shù)值，銜鐵P將會被吸下C．工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端D．工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、C端4．(多選)如圖所示是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，假如感溫磁體的“居里溫度”為103℃，下列說法中正確的是()A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性B．當(dāng)溫度超過103℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng)C．飯熟后，水分被大米汲取，鍋底的溫度會超過103℃，這時(shí)開關(guān)按鈕會自動(dòng)跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不行能達(dá)到103℃，開關(guān)按鈕就不會自動(dòng)跳起3．傳感器的應(yīng)用舉例4．自制簡潔的限制電路必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．(2)熱雙金屬片(3)升降螺絲2．(1)手動(dòng)開關(guān)(2)感溫鐵氧體(3)1033．(2)散射(3)受光元件二、1．小小大大2．熱敏關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究點(diǎn)一【典例示范】例1解析：平常溫度低，雙金屬片膨脹幾乎相同，上下觸點(diǎn)接觸在一起；電熱絲通電加熱，雙金屬片溫度上升，雙金屬片膨脹系數(shù)上層大下層小，溫度升到肯定時(shí)雙金屬片向下彎曲使觸點(diǎn)斷開，故A、B錯(cuò)誤，C正確．須要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)整調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移，使雙金屬片稍向下彎曲，這時(shí)使觸點(diǎn)斷開雙金屬片向下彎曲程度要大一些，溫度要更高一些，故D正確．答案：CD素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：由于有彈性銅片的存在，必需手動(dòng)按下，磁鐵和感溫鐵氧體吸合后才能起先工作，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)溫度上升到103℃，軟鐵內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，軟鐵無法被磁化，永久磁鐵對其不再有吸力，電路斷開，C正確；通過題圖示電路只能實(shí)現(xiàn)加熱和自動(dòng)斷開功能，沒有保溫功能，D錯(cuò)誤．答案：AC素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：火災(zāi)報(bào)警器當(dāng)有煙霧時(shí)，經(jīng)過漫反射，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而發(fā)出警報(bào)．所以該傳感器是用光傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警的，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確．答案：C探究點(diǎn)二【典例示范】例2解析：如圖所示．原理：白天，光照強(qiáng)，光敏電阻A阻值小，限制電路中電流大，電磁鐵磁力強(qiáng)，將銜鐵吸合，兩觸點(diǎn)分別，路燈電路不通，燈不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏電阻A阻值大，限制電路中電流小，電磁鐵磁力弱，銜鐵向上移使兩觸點(diǎn)接觸，路燈電路接通，燈亮．答案：見解析素養(yǎng)訓(xùn)練3解析：(1)光敏電阻的阻值隨光照改變的曲線如圖所示．特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減?。?2)電路原理圖如圖所示．限制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，給1、2兩端供應(yīng)電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，即此時(shí)間敏電阻阻值為20kΩ，兩端電壓為2V，電源電動(dòng)勢為3V，所以應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻，分壓電阻阻值為10kΩ，即選用R1.答案：見解析素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：(1)電壓為18V，而報(bào)警時(shí)的電流為10mA；此時(shí)電阻約為：R＝1810×10-3Ω＝1800Ω；而熱敏電阻的阻值為700Ω，故滑動(dòng)變阻器接入電阻約為1100Ω，故應(yīng)選擇R2答案：(1)R2(2)①700.0b接通電源后，流過報(bào)警器的電流會超過20mA，報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器起先報(bào)警(3)不變(4)熱敏電阻650隨堂演練·自主檢測1．解析：火災(zāi)報(bào)警器當(dāng)有煙霧時(shí)，經(jīng)過漫反射，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而發(fā)出警報(bào)．所以該傳感器是用光傳感器實(shí)現(xiàn)報(bào)警的，故B、C、D錯(cuò)誤，A正確．答案：A2．解析：白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)斷開，故A錯(cuò)誤；夜晚無光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合，故B正確；有人走動(dòng)或發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合，故C正確；無人走動(dòng)或沒有聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)斷開，故D錯(cuò)誤．答案：BC3．解析：當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，熱敏電阻R的阻值增大，電路中電流減小，繼電器L對銜鐵P吸引力減小，P將不會被吸下，故A錯(cuò)誤．當(dāng)溫度上升到某一數(shù)