高中物理 6.3 實驗 傳感器的應用學案 新人教版選修32.doc

實驗 傳感器的應用目標定位1.理解光控開關、溫度報警器的工作原理.2.理解光控開關、溫度報警器的靈敏度調(diào)節(jié)原理.3.會用傳感器制作簡單的自動控制設備1斯密特觸發(fā)器：當輸入端電壓上升到某一值(1.6 v)時，輸出端會突然從高電平跳到低電平(0.25 v)，當輸入端電壓下降到某一值(0.8 v)時，輸出端會從低電平跳到高電平(3.4 v)2普通二極管：具有單向?qū)щ娦?發(fā)光二極管：具有單向?qū)щ娦?，同時還能發(fā)光4光控開關的工作原理(如圖1所示)圖1甲圖：白天，光強度較大，光敏電阻rg阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸入端a的電壓較低，則輸出端y輸出高電平，發(fā)光二極管led不導通；當天色暗到一定程度時，rg阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端a的電壓上升到1.6 v，輸出端y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led導通發(fā)光(相當于路燈亮了)，天明后，rg阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢逐漸降低，降到0.8 v時，輸出端y突然由低電平跳到高電平，二極管led熄滅這樣就達到了使路燈天明自動熄滅，天暗自動開啟的目的乙圖：控制電路原理：天較亮時，光敏電阻rg阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電壓較低，則輸出端y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻rg電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢升高，當升高到一定值，輸出端y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，rg阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端y突然由低電平跳到高電平，則線圈中不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅一、光控開關電路分析1斯密特觸發(fā)器實質(zhì)是一個具有特殊功能的非門，當a端電勢高于1.6 v時，y端會輸出0.25 v的低電勢，當a端電勢低于0.8 v時，y端會輸出3.4 v的高電勢2電路分析(1)電磁繼電器的工作原理由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉另外的供電電路如圖2所示，圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電器j，d為動觸點，e為靜觸點當線圈a中通電時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵b向下運動，從而帶動動觸點d向下與靜觸點e接觸，將工作電路接通，當線圈a中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵b在彈簧作用下被拉起，動觸點d與靜觸點e分離，自動切斷工作電路圖2(2)控制電路的原理天較亮時，光敏電阻rg阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢較低，則輸出端y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻rg電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢升高，當升高到一定值，輸出端y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈a，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，rg阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端y突然由低電平跳到高電平，則線圈a中不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅例1如圖3所示為一個邏輯電平檢測電路，a與被測點相接，則()圖3aa為低電平，led發(fā)光ba為高電平，led發(fā)光ca為低電平，led不發(fā)光da為高電平，led不發(fā)光解析a為低電平時，y為高電平，led的電壓小，不發(fā)光；a為高電平時，y為低電平，led的電壓大，發(fā)光，故b、c正確答案bc針對訓練1如圖4所示的光控電路，用發(fā)光二極管led模仿路燈，rg為光敏電阻，r1的最大電阻為51 k，r2為330 .白天，光的強度較大，光敏電阻rg的電阻值較_，加在斯密特觸發(fā)器a端的電壓較_，則輸出端y輸出高電平，發(fā)光二極管led_(填“導通”或“不導通”)；當天色暗到一定程度時，rg的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端a的電壓上升到某個值(1.6 v)，輸出端y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led_(填“導通”或“不導通”)，這樣就達到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的圖4答案小低不導通導通解析白天，光照強度較大，光敏電阻rg的電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器a端的電壓較低，則輸出端y輸出高電平(電平指某個端點與“地”之間的電壓)，發(fā)光二極管led不導通；當天色暗到一定程度時，rg阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端a的電壓上升到某個值(1.6 v)時，輸出端y會突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led導通發(fā)光(相當于路燈亮了)，這樣就達到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的二、溫度報警器電路分析1電路組成斯密特觸發(fā)器、熱敏電阻、蜂鳴器、滑動變阻器，連接如圖5所示圖52工作原理常溫下，調(diào)整r1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端a處于低電平，則輸出端y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當溫度升高時，熱敏電阻rt阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢升高，當達到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲，r1的阻值不同，則報警溫度不同3報警溫度調(diào)節(jié)要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，應減小r1的阻值，r1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高例2溫度報警器電路如圖6所示，常溫下，調(diào)整_的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端a處于低電平，則輸出端y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當溫度升高時，熱敏電阻rt阻值_，斯密特觸發(fā)器的輸入端a電勢_，當達到某一值(高電平)時，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲r1的阻值不同，則報警溫度不同圖6解析常溫下，調(diào)整r1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端a處于低電平，則輸出端y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當溫度升高時，熱敏電阻rt阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢升高，當達到某一值(高電平)時，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出警報聲，r1的阻值不同，報警溫度不同答案r1減小升高針對訓練2如圖7所示，是一個火警報警裝置的邏輯電路圖rt是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，r是一個阻值較小的分壓電阻圖7(1)要做到低溫時電鈴不響，火警時產(chǎn)生高溫，電鈴響起，在圖中虛線處應接入怎樣的元件？(2)為什么溫度高時電鈴會被接通？(3)為了提高該電路的靈敏度，即報警溫度調(diào)得稍低些，r的值應大一些還是小一些？答案見解析解析(1)溫度較低時rt的阻值很大，r比rt小得多，因此p、x之間電壓較大要求此時電鈴不響，表明輸出給電鈴的電壓應該較小，輸入與輸出相反，可見虛線處元件應是“非”門(2)高溫時rt的阻值減小，p、x之間電壓降低，輸入低電壓時，從“非”門輸出的是高電壓，電鈴響起(3)由前面分析可知，若r較大，由于它的分壓作用，rt兩端的電壓降低，則外界溫度不太高時，就能使p、x之間電壓降到低電壓輸入，電鈴就能發(fā)聲，因此r較大時，反應較靈敏三、自動控制電路的分析與設計例3如圖8所示，某小型電磁繼電器，其中l(wèi)為含鐵芯的線圈p為可繞o點轉(zhuǎn)動的鐵片，k為彈簧，s為一對觸頭，a、b、c、d為四個接線柱電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求，其工作方式是()圖8aa與b接信號電壓，c與d跟被控電路串聯(lián)ba與b接信號電壓，c與d跟被控電路并聯(lián)cc與d接信號電壓，a與b跟被控電路串聯(lián)dc與d接信號電壓，a與b跟被控電路并聯(lián)解析a、b接電磁繼電器的線圈，所以a、b應接信號電壓，線圈電流隨信號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，進而起到控制作用，故正確答案為a.答案a光控開關電路分析1光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關，如圖9所示為模擬電路，其中a為光敏電阻，b為電磁繼電器，c為照明電路，d為路燈，請連成正確的電路，達到日出燈熄、日落燈亮的效果圖9答案見解析圖解析電路連接如圖所示當天亮時，光線照射光敏電阻a，其阻值迅速減小，控制回路電流增大，電磁繼電器b工作，吸下銜鐵使觸點斷開，路燈熄滅當夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻a的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點接通，路燈點亮自動控制電路的分析與設計2.某儀器內(nèi)部電路如圖10所示，其中m是一個質(zhì)量較大的金屬塊，左、右兩端分別與金屬絲制作的彈簧相連，并套在光滑水平細桿上，a、b、c三塊金屬片間隙很小(b固定在金屬塊上)，當金屬塊處于平衡狀態(tài)時，兩根彈簧均處于原長狀態(tài)，若將該儀器固定在一輛汽車上，下列說法中正確的是()圖10a當汽車加速前進時，甲燈亮b當汽車加速前進時，乙燈亮c當汽車剎車時，乙燈亮d當汽車剎車時，甲、乙兩燈均不亮答案b解析當汽車向右加速時，m向左移動，與a接觸，乙燈亮；當汽車剎車時，m向右移動，與c接觸，甲燈亮3如圖11所示是自動水位報警的示意圖，其中繼電器的線圈通過電流時，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸若要求水位正常時綠燈亮，高出一定水位時紅燈亮，現(xiàn)有紅、綠燈泡各一個，紅燈泡應安在_位置，綠燈泡應安在_位置(填“a”或“b”)圖11答案ba解析水位較低時，線圈中沒有電流，銜鐵1與觸頭3接觸，這時應綠燈亮，所以綠燈泡應安在a位置，當高出一定水位時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸，這時應紅燈亮，所以紅燈泡應安在b位置(時間：60分鐘)題組一光控開關電路分析1邏輯電路在電子線路中有著重要的應用某同學利用“非”門電路設計了一個路燈自動控制門電路天黑了，讓路燈自動接通；天亮了，讓路燈自動熄滅圖1中rg是一個光敏電阻，當有光線照射時，光敏電阻的阻值會明顯減小r是可調(diào)電阻，起分壓作用“非”門電路能將輸入的高壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒盘?，或?qū)⒌蛪盒盘栟D(zhuǎn)變?yōu)楦邏盒盘枺琷為路燈總開關控制電路，它在獲得高電壓時才啟動(圖中未畫出路燈電路)圖1(1)當天黑時，rg的阻值變_，“非”門電路獲得_電壓，j得到_電壓(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2)如果路燈開關自動接通時天色還比較亮，現(xiàn)要調(diào)節(jié)自動控制裝置，使得它在天色較暗時才會自動接通開關，應將r的阻值調(diào)_(填“大”或“小”)一些答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑時，光線減弱，光敏電阻rg的阻值變大，a端輸入低電壓，y端輸出高電壓，j得到高電壓，開始控制路燈工作(2)如果路燈開關自動接通時天色還比較亮，應將r的阻值調(diào)大，使a端輸入電壓較高，當天色較暗時，rg的電阻變大，a端的電壓降低，y端的電壓升高，j得到高電壓，開始控制路燈工作2把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器開關、電源按如圖2甲所示電路連接，制成光電報警裝置當報警器有光照射時，蜂鳴器發(fā)聲，當沒有光照或者光照很弱時，蜂鳴器不發(fā)聲光敏電阻：光敏電阻受光照射后，阻值會變小干簧管繼電器開關：由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成，如圖乙所示，當線圈中有一定的電流時，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片在磁力作用下由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)當線圈中沒有電流或者電流很微弱時，磁場消失，簧片在彈力的作用下回復到分離狀態(tài)試說明光電報警器的工作原理圖2答案當報警器有光照射時，光敏電阻阻值減小，電路中電流增大，線圈產(chǎn)生的磁場使密封在干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片磁化，兩個簧片由原來的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)，蜂鳴器電路接通，蜂鳴器發(fā)聲；反之，當沒有光照射或光照很微弱時，光敏電阻阻值很大，電路中的電流很小，干簧管內(nèi)的兩個鐵質(zhì)簧片處于分離狀態(tài)，連接蜂鳴器的電路斷開，蜂鳴器不發(fā)聲題組二溫控開關電路分析3如圖3所示為用熱敏電阻r和繼電器l等組成的一個簡單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會隨溫度的升高而減小電源甲與繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫出)相連接則()圖3a當溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下b當溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下c工作時，應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在c、d端d工作時，應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在a、c端答案b解析當溫度降低到某一數(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錯誤當溫度升高到某一數(shù)值，熱敏電阻r的阻值減小，電路中電流增大，繼電器l對銜鐵p吸引力增大，p將會被吸下，故b正確恒溫箱內(nèi)溫度高到一定數(shù)值后，應與電源斷開停止加熱，由以上分析可知，溫度升高后，a、b端斷開，所以工作時，應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在a、b端，故c、d錯誤4如圖4所示為一自動控制溫度的電路，請說明其工作原理圖4答案見解析解析當開關p在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時，電熱絲工作；隨著溫度升高，熱敏電阻溫度升高，阻值減小，通過電磁鐵的電流增大，電磁鐵磁性增強到一定程度時把p吸到b，電熱絲停止工作，指示燈亮題組三自動控制電路的分析與設計5如圖5所示，全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當進行排水和脫水工序時，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運動，從而牽引排水閥的閥門排除污水以下說法中正確的是()圖5a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仍能被吸入線圈中答案ad解析鐵芯被通電螺線管磁化6某同學設計的家庭電路保護裝置如圖6所示，鐵芯左側(cè)線圈l1由火線和零線并行繞成當右側(cè)線圈l2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關k，從而切斷家庭電路僅考慮l1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的有()圖6a家庭電路正常工作時，l2中的磁通量為零b家庭電路中使用的電器增多時，l2中的磁通量不變c家庭電路發(fā)生短路時，開關k將被電磁鐵吸起d地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關k將被電磁鐵吸起答案abd解析由于零線、火線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場方向