高中物理 第六章 傳感器 第3節(jié) 實驗：傳感器的應用教學案 新人教版選修3-2

1、第3節(jié) 實驗：傳感器的應用一、實驗目的1利用斯密特觸發(fā)器設計光控開關電路和溫度報警器。2提高電子技術方面的設計和制作能力。二、實驗原理1光控開關(1)電路如圖631所示。圖631(2)斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一個性能特殊的非門電路，當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值(1.6 V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25 V)，而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候(0.8 V)，Y會從低電平跳到高電平(3.4 V)。(3)光控開關的工作原理：白天，光照強度較大，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

2、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)，這樣就達到了使路燈天明自動熄滅，天暗自動開啟的目的。2溫度報警器(1)電路如圖632所示。圖632(2)工作原理：常溫下，調(diào)節(jié)R1的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端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的電壓升高，當達到某一值(高電平)時，其輸出端Y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，可以通過調(diào)節(jié)R1來調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏

3、度。三實驗器材1光控開關實驗斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V，0.3 A)、可變電阻R1(最大阻值51 k)、電阻R2(330 )、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、黑紙。2溫度報警器實驗斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1 k)、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、燒杯(盛有熱水)。四實驗步驟1光控開關(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。(2)檢查各元件的連接，確保無誤。(3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮。(4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。(5)逐漸

4、撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。2溫度報警器(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。(2)檢查各元件的連接，確保無誤。(3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。(5)將熱敏電阻從熱水中取出，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。五、注意事項1安裝前，對器材進行測試，確保各元件性能良好后，再進行安裝。2光控開關實驗中，二極管連入電路的極性不能反接，否則繼電器不能正常工作。3光控開關實驗中要想天更暗時“路燈”才會亮，應該把R1的阻值調(diào)大些。4溫度報警器實驗中，要使蜂鳴器在更低的溫度時報警，應該把R1的阻值調(diào)大些。例1(多選)圖633甲表示

5、斯密特觸發(fā)器，當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值(1.6 V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25 V)，而當輸入端A的電壓下降到另一個值(0.8 V)的時候，Y會從低電平跳到高電平(3.4 V)。圖乙為一光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻。下列關于斯密特觸發(fā)器和光控電路的說法中正確的是()圖633A斯密特觸發(fā)器的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號B斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門C要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調(diào)大些D當輸出端Y突然從高電平跳到低電平時，發(fā)光二極管發(fā)光思路點撥解答本題的關鍵：(1)知道斯密特觸發(fā)器的工作原理，了解非門電路的特點及其表示

6、符號。(2)明白光敏電阻RG的阻值的大小隨光照強度的增強而減小。(3)知道二極管的單向?qū)щ娦?。解析斯密特觸發(fā)器是一種特殊的非門，它能把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號，選項A錯誤，B正確；如果把R1的阻值調(diào)大些，則只有RG的阻值達到更大值時，才能使斯密特觸發(fā)器的A端電壓達到某個值(1.6 V)，即達到天更暗時路燈才會亮的目的，選項C正確；當輸出端Y突然從高電平跳到低電平時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，選項D正確。答案BCD例2現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關和導線若干。如圖634所示，試設計一個溫控電路。要求溫度低于某一值時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動

7、斷電，畫出電路圖說明工作過程。圖634思路點撥熱敏電阻與滑動變阻器及電磁繼電器組成控制電路。解析電路圖如圖所示。工作過程：閉合S，當溫度低于設計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能吸合銜鐵，K接通電爐絲加熱。當溫度達到設計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達到某值，K斷開，電爐絲斷電，停止加熱。當溫度低于設計值，又重復前述過程。答案見解析例3為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開關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弱，光越強照度越大，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)

8、0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖635中給定的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。圖635圖636(2)如圖636所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關對所設計電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一并在圖

9、中標出)；開關S及導線若干。解析(1)如圖甲所示，光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。(2)電路原理圖如圖乙所示，根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關系，E3 V，當照度降低至1.0 lx時，由圖線知，此時光敏電阻RP20 k，URP2 V，串聯(lián)電阻分壓UR1 V，由2得R10 k，故選定值電阻R1。答案見解析1.如圖637所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)?，則可判斷()圖637ABC D不能確定和的關系解析：選B光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，開始時有光照射，光敏電阻的阻值較小，當手掌擋

10、住部分光線時，光敏電阻的阻值增大，因為歐姆表的零刻度在表盤的右側，所以歐姆表測電阻時，阻值越大，指針偏角越小，所以選項B正確。2.如圖638所示為小型電磁繼電器的構造示意圖，其中L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638AA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：選A由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器相

11、吸或排斥，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。3某儀器內(nèi)部的電路如圖639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成的彈簧相連，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，下列說法正確的是()圖639A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、乙燈均不亮解析：選B汽車勻速前進時a、b、c金屬片不接觸，所以甲、乙燈都不亮，當加速前進時，b與a接觸，乙燈亮；當剎車時，b與c接觸，甲燈亮，故選B。4.某電容式話筒的

12、原理示意圖如圖6310所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動。在P、Q間距增大過程中()圖6310AP、Q構成的電容器的電容增大BP上電荷量保持不變CM點的電勢比N點的低DM點的電勢比N點的高解析：選D由C可知PQ間距離d增大時電容C減小，A項錯誤。電容減小將放電，電荷量減小，故B項錯誤。放電時電流從M點經(jīng)R到N點，說明M點電勢高于N點電勢，所以C項錯誤D項正確。5.在制作光控電路實驗中，某同學按圖6311所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，原因不可能是()圖6311A二極管兩極接反BR1與RG位置顛倒CR1

13、阻值太小 D燈泡被斷路 解析：選C由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負向電壓，無法導通，燈泡不亮，A項可能；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時，Y端為高電平，二極管不導通，燈泡不發(fā)光，B項可能；若R1阻值太小，Y端一直為低電平，燈泡一直發(fā)光，C項不可能；燈泡斷路時無法發(fā)光，D可能。6(2016北京卷)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。圖6312為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時導電能力_(選填“增強”或“減弱”)；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的響應更_(選填“敏感”或“不敏感”)。圖6312解析：由Rt圖像可知，熱

14、敏電阻在溫度上升時電阻減小，則導電能力增強。相對金屬熱電阻，熱敏電阻在相同的溫度變化情況下電阻變化大，則熱敏電阻對溫度變化的響應更敏感。答案：增強敏感7.目前有些居民區(qū)內(nèi)樓道燈的控制，使用的是一種延時開關。該延時開關的簡化原理如圖6313所示。圖中D是紅色發(fā)光二極管(只要有很小的電流通過就能使其發(fā)出紅色亮光)，R為限流電阻，K為按鈕式開關，虛線框內(nèi)S表示延時開關電路，當按下K接通電路瞬間，延時開關觸發(fā)，相當于S閉合，這時釋放K后，延時開關S約在1 min后斷開，電燈熄滅。根據(jù)上述信息和原理圖，我們可推斷：圖6313按鈕開關K按下前，發(fā)光二極管是_(填“發(fā)光的”或“熄滅的”)，按鈕開關K按下再釋

15、放后，電燈L發(fā)光持續(xù)時間約_min。這一過程中發(fā)光二極管是_。限流電阻R的阻值和燈絲電阻RL相比，應滿足R_RL的條件。解析：開關K按下前，S為斷開，有電流經(jīng)過發(fā)光二極管，故發(fā)光二極管是發(fā)光的。當按下開關K后，延時開關S閉合，二極管和R被短路，二極管不發(fā)光，由于延時開關S約1 min后斷開，故電燈L能持續(xù)發(fā)光1 min，由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流通過就能發(fā)光，故應滿足RRL。答案：發(fā)光的1熄滅的8(2016全國乙卷)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電

16、阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 )，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開關一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 時阻值為650.0 。(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。圖6314(2)電路中應選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為_；滑動變阻器的滑片應置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_。將開關向_(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_。(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。解析：(1)電路圖連接如圖。(2)報警器開始報警時，對整個回路有UIc(R滑R熱)代入數(shù)據(jù)可