【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】高中物理 6.3 實(shí)驗(yàn) 傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修32

1、實(shí)驗(yàn) 傳感器的應(yīng)用目標(biāo)定位1.理解光控開關(guān)、溫度報(bào)警器的工作原理.2.理解光控開關(guān)、溫度報(bào)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(shè)備1斯密特觸發(fā)器：當(dāng)輸入端電壓上升到某一值(1.6 v)時(shí)，輸出端會突然從高電平跳到低電平(0.25 v)，當(dāng)輸入端電壓下降到某一值(0.8 v)時(shí)，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娦裕瑫r(shí)還能發(fā)光4光控開關(guān)的工作原理(如圖1所示)圖1甲圖：白天，光強(qiáng)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(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，rg阻

2、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(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)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(shí)，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(dá)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?xí)r，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(shí)，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(dāng)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，

3、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(guān)電路分析1斯密特觸發(fā)器實(shí)質(zhì)是一個具有特殊功能的非門，當(dāng)a端電勢高于1.6 v時(shí)，y端會輸出0.25 v的低電勢，當(dāng)a端電勢低于0.8 v時(shí)，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(diǎn)，e為靜觸點(diǎn)當(dāng)線圈a中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵b向下運(yùn)動

4、，從而帶動動觸點(diǎn)d向下與靜觸點(diǎn)e接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈a中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵b在彈簧作用下被拉起，動觸點(diǎn)d與靜觸點(diǎn)e分離，自動切斷工作電路圖2(2)控制電路的原理天較亮?xí)r，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(shí)，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(dāng)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

5、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(diǎn)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(shí)，y為高電平，led的電壓小，不發(fā)光；a為高電平時(shí)，y為低電平，led的電壓大，發(fā)光，故b、c正確答案bc針對訓(xùn)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(qiáng)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(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)；當(dāng)天色暗到一定程

6、度時(shí)，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(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)，這樣就達(dá)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(dǎo)通導(dǎo)通解析白天，光照強(qiáng)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(diǎn)與“地”之間的電壓)，發(fā)光二極管led不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，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(shí)，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(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了使路燈白天

7、熄滅，天暗自動開啟的目的二、溫度報(bào)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(dāng)溫度升高時(shí)，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(dāng)達(dá)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(bào)警聲，r1的阻值不同，則報(bào)警溫度不同3報(bào)警溫度調(diào)節(jié)要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)減小r1的阻值，r1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)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(bào)警器電路如圖6所示，

8、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(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻rt阻值_，斯密特觸發(fā)器的輸入端a電勢_，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時(shí)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲r(shí)1的阻值不同，則報(bào)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(dāng)溫度升高時(shí)，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(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時(shí)，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(bào)聲，r1的阻值不同，報(bào)警溫度不同答案r1減小升高針對

9、訓(xùn)練2如圖7所示，是一個火警報(bào)警裝置的邏輯電路圖rt是一個熱敏電阻，低溫時(shí)電阻值很大，高溫時(shí)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(shí)電鈴不響，火警時(shí)產(chǎn)生高溫，電鈴響起，在圖中虛線處應(yīng)接入怎樣的元件？(2)為什么溫度高時(shí)電鈴會被接通？(3)為了提高該電路的靈敏度，即報(bào)警溫度調(diào)得稍低些，r的值應(yīng)大一些還是小一些？答案見解析解析(1)溫度較低時(shí)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(shí)電鈴不響，表明輸出給電鈴的電壓應(yīng)該較小，輸入與輸出相反，可見虛線處元件應(yīng)是“非”門(2)高溫時(shí)rt的阻值減小，p、x之間電壓降低，輸入低電壓時(shí)，從“非”門輸出的是高電壓，電鈴響起

10、(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(shí)，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(shí)，反應(yīng)較靈敏三、自動控制電路的分析與設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yīng)接信號電壓，

11、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(jìn)而起到控制作用，故正確答案為a.答案a光控開關(guān)電路分析1光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關(guān)，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(dá)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(dāng)天亮?xí)r，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(diǎn)斷開，路燈熄滅當(dāng)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(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮自動控制電路的分析與設(shè)計(jì)2.某

12、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(xì)桿上，a、b、c三塊金屬片間隙很小(b固定在金屬塊上)，當(dāng)金屬塊處于平衡狀態(tài)時(shí)，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(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí)，甲燈亮b當(dāng)汽車加速前進(jìn)時(shí)，乙燈亮c當(dāng)汽車剎車時(shí)，乙燈亮d當(dāng)汽車剎車時(shí)，甲、乙兩燈均不亮答案b解析當(dāng)汽車向右加速時(shí)，m向左移動，與a接觸，乙燈亮；當(dāng)汽車剎車時(shí)，m向右移動，與c接觸，甲燈亮3如圖11所示是自動水位報(bào)警的示意圖，其中繼電器的線圈通過電流時(shí)，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

13、常時(shí)綠燈亮，高出一定水位時(shí)紅燈亮，現(xiàn)有紅、綠燈泡各一個，紅燈泡應(yīng)安在_位置，綠燈泡應(yīng)安在_位置(填“a”或“b”)圖11答案ba解析水位較低時(shí)，線圈中沒有電流，銜鐵1與觸頭3接觸，這時(shí)應(yīng)綠燈亮，所以綠燈泡應(yīng)安在a位置，當(dāng)高出一定水位時(shí)，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(shí)應(yīng)紅燈亮，所以紅燈泡應(yīng)安在b位置(時(shí)間：60分鐘)題組一光控開關(guān)電路分析1邏輯電路在電子線路中有著重要的應(yīng)用某同學(xué)利用“非”門電路設(shè)計(jì)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(dāng)有光線照射時(shí)，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

14、”門電路能將輸入的高壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒盘枺驅(qū)⒌蛪盒盘栟D(zhuǎn)變?yōu)楦邏盒盘?，j為路燈總開關(guān)控制電路，它在獲得高電壓時(shí)才啟動(圖中未畫出路燈電路)圖1(1)當(dāng)天黑時(shí)，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(guān)自動接通時(shí)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(shí)才會自動接通開關(guān)，應(yīng)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(shí)，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(guān)自動接通時(shí)天色還比較亮，應(yīng)將r的阻值調(diào)大，使a端輸入電壓較

15、高，當(dāng)天色較暗時(shí)，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(guān)、電源按如圖2甲所示電路連接，制成光電報(bào)警裝置當(dāng)報(bào)警器有光照射時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)沒有光照或者光照很弱時(shí)，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(guān)：由干簧管和繞在干簧管外的線圈組成，如圖乙所示，當(dāng)線圈中有一定的電流時(shí)，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(dāng)線圈中沒有電流或者電流很微弱時(shí)，磁場消失，簧片在彈力的作用下回復(fù)到分離狀態(tài)試說明光電報(bào)警器的工作原理圖2答案當(dāng)報(bào)警器有光照

16、射時(shí)，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(dāng)沒有光照射或光照很微弱時(shí)，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(guān)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(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下b當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵p將會被吸下c工作

17、時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在c、d端d工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在a、c端答案b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錯誤當(dāng)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(yīng)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(shí)，應(yīng)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(dāng)開關(guān)p在彈簧拉力作用下拉到上面與a接觸時(shí)，電熱絲工作；隨著溫度

18、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(qiáng)到一定程度時(shí)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(shè)計(jì)5如圖5所示，全自動洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí)，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運(yùn)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(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)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(dāng)右側(cè)線圈l2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)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(shí)，l2中的磁通量為零b家庭電路中使用的電器增多時(shí)，l2中的磁通量不變c家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開關(guān)k將被電磁鐵吸起d地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開關(guān)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