2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 傳感器 3 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 傳感器 3 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 傳感器 3 利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案 新人教版選擇性必修第二冊(cè)年級(jí)：姓名：- 7 -利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。2會(huì)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置。二、過程與方法通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力，體會(huì)傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀在實(shí)驗(yàn)中通過動(dòng)手組裝和調(diào)試，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。【教學(xué)重點(diǎn)】門窗防盜報(bào)警裝

2、置和光控開關(guān)的工作原理?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】根據(jù)已知的傳感器設(shè)計(jì)門窗防盜報(bào)警裝置和光控開關(guān)的電路?！窘虒W(xué)過程】一、器材介紹1二極管：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?，在正向電壓作用下電阻很小，處于?dǎo)通狀態(tài)；在反向電壓作用下電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)。2三極管：全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。3電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開關(guān)”。二、門窗防盜報(bào)警裝置1目標(biāo)效果

3、：當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。師生共同分析現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠(yuǎn)離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。讓學(xué)生根據(jù)實(shí)質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇使用干簧管。2實(shí)驗(yàn)器材和裝置（1）實(shí)驗(yàn)電路圖（2）實(shí)驗(yàn)器材（3）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(shí)，磁體m靠近干簧管sa，干簧管兩個(gè)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(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)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(shí)，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(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，

4、蜂鳴器h發(fā)聲報(bào)警。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)是否成功，如果實(shí)驗(yàn)失敗，請(qǐng)其他小組一起分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因。3實(shí)驗(yàn)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(dòng)作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照電路圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。三、光控開關(guān)1目標(biāo)效果：在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅。師生共同分析現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：光照弱，路燈開啟；光照強(qiáng)，路燈熄滅。讓學(xué)生根據(jù)實(shí)質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇使用光敏電阻。教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，需要放大電路

5、。結(jié)合課前器材介紹，電路中需要增加三極管。2實(shí)驗(yàn)器材和裝置（1）實(shí)驗(yàn)電路圖若想采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器（k）來啟、閉另外的供電電路。（2）實(shí)驗(yàn)器材（3）電路工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，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(shí)，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(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡l。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)是否成功，如果實(shí)驗(yàn)失敗，請(qǐng)其他小組一起分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因。3實(shí)驗(yàn)操作（1）按照電路圖連接電路，檢查

6、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(shí)，就會(huì)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(shí)，則發(fā)光二極管led或小燈泡l熄滅?！眷柟叹毩?xí)】1某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；r為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池e的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤中央，當(dāng)p端的電勢(shì)高于q端時(shí)，指針向零點(diǎn)右側(cè)偏

7、轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度?時(shí)，電壓表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？簡(jiǎn)述你分析的過程。2雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時(shí)，兩種金屬伸長(zhǎng)不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點(diǎn)接通或斷開。日光燈啟動(dòng)器里就有一個(gè)雙金屬溫度傳感器。取一個(gè)報(bào)廢的日光燈啟動(dòng)器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個(gè)u形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對(duì)觸點(diǎn)。常溫下兩觸點(diǎn)是分離的，溫度升高時(shí)，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點(diǎn)之間的距離，使溫度升高到60時(shí)兩觸點(diǎn)恰好接通。請(qǐng)你利用這個(gè)雙金屬溫度傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)電熱水器自動(dòng)加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60時(shí)自動(dòng)通電加熱，高于60時(shí)自動(dòng)斷電。3工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)，二極管導(dǎo)通；沒有光照時(shí)，二極管截止。）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動(dòng)開關(guān)，使機(jī)床停止工