第五章传感器3利用传感器制作简单的自动控制装置课件（新人教版选择性必修第二册）

第五章　传感器\n3．利用传感器制作简单的自动控制装置\n课内互动探究课堂达标检测目标体系构建\n目标体系构建\n【学习目标】1．了解门窗防盗报警装置的原理。2．了解光控开关的原理。3．通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路的感性认识。\n【思维脉络】\n课内互动探究\n实验一、实验目的1．了解门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理。2．练习用传感器制作自动控制设备。二、实验器材干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330Ω)、蜂鸣器H(有源型)、干电池(6V)、小磁体、开关。门窗防盗报警装置要点提炼\n三、实验电路图门窗防盗报警装置电路图如图所示。\n四、工作原理闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。若门窗被盗贼开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的动触动点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。\n五、实验操作(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。(2)确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路。(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。\n把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关(干簧管和绕在干簧管外的线圈组成如图乙所示)、电源连成电路如甲图所示，制成光电报警装置，设计要求：当有光照时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发生，电路已经连接一部分，请将电路连接完整。典例1典例剖析\n思路引导：解本题需理解以下两个问题：(1)光敏电阻的特性是什么？(2)干簧管继电器开关的工作原理是什么？解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关的外面线圈两个接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路。当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声；若没有磁场时，开关自动断开。连接如图所示。\n1.图示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比()A．红灯亮，UR2变大B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小D．红灯亮，UR2变小对点训练D\n\n实验一、实验目的模拟光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭。二、实验器材可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。光控开关要点提炼\n三、电路图实验电路图如图所示。\n四、工作原理当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。\n五、实验操作1．按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源。2．让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光。3．遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。4．让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。\n如图1所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图2所示，试根据这一特性用图3中给定的器材设计一个自动光控电路。典例2典例剖析\n思路引导：光传感器是重要的传感器之一，人们运用硫化镉对可见光敏感的特性，制作路灯自动开关、光照自动调节装置等自控设备，利用某些半导体材料对红外光敏感的特性，制作遥控设备，广泛地应用在电视机、录像机、空调、影碟机等家用电器的操作中，由于对红外光敏感的元件对可见光不敏感，用它制作的装置不受可见光影响，因此它的应用十分广泛。\n解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示。\n控制过程是：当有光照时，光电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。\n2.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是()A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确对点训练C\n解析：由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对。\n课堂达标检测\n1．(2020·山东省青州一中高二上学期检测)图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是()A．小电铃、热敏电阻、绿灯泡B．热敏电阻、小电铃、绿灯泡C．绿灯泡、小电铃、热敏电阻D．热敏电阻、绿灯泡、小电铃B\n解析：根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以丙为是绿灯；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下，丙电路断开，乙电路接通电铃响，所以乙为小电铃；由以上的分析可知，甲是半导体热敏电阻。故选B。\n2．(2021·山西省吕梁市高三模拟)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：光强E/cd12345电阻值/Ω18963.6“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉(cd)(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的阻值大小为________Ω。4.5\n(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是___(填符号)。C\n\n3．(2021·陕西省咸阳市实验中学高二下学期检测)(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图甲为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力______(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。增强\n(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图乙所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U－I关系图线。\na．实验室提供的材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是___(选填“A”或“B”)；请在图丙的方框中完成该实验的电路图；b．将该小灯泡接入如图丁所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为__________W，电源的内阻为________Ω。(各保留两位有效数字)A0.693.2\n解析：(1)由图甲所示图像可知，热敏电阻阻值随温度升高而减小，由此可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强。(2)a.为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示；\nb．由图乙可知，通过灯泡的电流是0.3A时，灯泡两端电压是2.3V，则灯泡功率P＝UI＝2.3V×0.3A＝0.69W电源电动势是3V，过点(0.3A,2.3V)和纵轴上3V的点作一直线，该直线是电源的U－I图像，如图所示