新教材魯科版選擇性必修第二冊-第5章-第2節(jié)-科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置-課件(62張)

1、第2節(jié)科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置 【實驗?zāi)康摹?.設(shè)計并制作光報警裝置。2.設(shè)計并制作溫度報警裝置。3.了解自動控制報警裝置的工作原理?！緦嶒炂鞑摹抗饷綦娮?、_電阻、_、干電池、手電筒(能調(diào)節(jié)亮度)、蜂鳴器、開關(guān)、導(dǎo)線、滑動變阻器、熱水、燒杯等。 課前自主學(xué)習(xí)熱敏溫度計【實驗原理與設(shè)計】一、光報警裝置1.實驗的基本思想：_的阻值隨光照強度的增加而_，電路中總電流_，當(dāng)電流達到一定的數(shù)值后蜂鳴器發(fā)出響聲，裝置自動報警。2.實驗電路圖：光敏電阻減小增加3.電路工作原理：如圖中光敏電阻與滑動變阻器并聯(lián)后再與蜂鳴器串聯(lián)，當(dāng)光敏電阻的阻值隨光照強度的增加而減小時，電路中的總電阻減小，總電流增加，則加在

2、蜂鳴器兩端的電壓增加，當(dāng)電壓增加到特定數(shù)值時，蜂鳴器報警。二、溫度報警裝置1.實驗的基本思想：利用_作為蜂鳴器開關(guān)，實現(xiàn)溫度升高到某一數(shù)值時，蜂鳴器發(fā)出聲音，裝置自動報警。2.實驗電路圖： 熱敏電阻3.電路的關(guān)鍵元件及其工作原理：(1)熱敏電阻應(yīng)為_溫度系數(shù)熱敏電阻，在電路中接入固定電阻保護電源和蜂鳴器。(2)工作原理：當(dāng)環(huán)境的溫度升高時，負溫度系數(shù)熱敏電阻阻值減小，則熱敏電阻與滑動變阻器并聯(lián)后的總電阻減小，整個電路的總電阻減小，電路中的總電流變大，蜂鳴器兩端的電壓增加，當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值后蜂鳴器發(fā)出響聲，達到報警的目的。負課堂合作探究【實驗過程】一、光報警裝置(一)實驗步驟1.根據(jù)電路圖連

3、接實物圖。 2.檢查各元件的連接，確保無誤，閉合開關(guān)，接通電路。3.先觀察在室內(nèi)自然光的照射下報警器是否工作。4.打開手電筒的電源，讓小燈泡發(fā)光，用手電筒照射光敏電阻，逐漸增加手電筒發(fā)光強度，直到報警器報警，記下此時手電筒的光的強度。5.減小滑動變阻器R1的電阻，重復(fù)實驗。6.斷開開關(guān)。 (二)數(shù)據(jù)處理把記錄的結(jié)果填入表中，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。光照自然光弱中強電阻(大)電阻(小)報警情況(三)實驗結(jié)論(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強光照射下電阻值很小。(2)減小與光敏電阻并聯(lián)的電阻，報警器需要的光照強度減弱。二、溫度報警裝置(一)實驗過程1.根據(jù)電路圖連接實物圖。2.檢查各

4、元件的連接，確保無誤，閉合開關(guān)，接通電路。3.調(diào)節(jié)滑動變阻器電阻，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。4.先將燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)。5.將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻阻值大小并記錄。注意蜂鳴器是否發(fā)聲。6.減小滑動變阻器的電阻，重做實驗。7.斷開開關(guān)，將熱敏電阻從熱水中取出。(二)數(shù)據(jù)處理分析熱敏電阻的特性，把測量到的溫度記錄在表中。溫度/電阻(大)電阻(小)報警情況(三)實驗結(jié)論1.負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。2.減小與熱敏電阻并聯(lián)的電阻，報警器報警時溫度降低?！咀⒁馐马棥?.閉合開關(guān)之前，滑動變阻器的滑片處于阻

5、值最大位置。2.在做熱敏實驗時，加熱水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫。3.光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少?！緦嶒炋骄俊?.根據(jù)光報警裝置工作原理圖，試探究分析要想光線較暗時使報警器報警，應(yīng)該把滑動變阻器電阻的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？(科學(xué)思維)提示：把滑動變阻器電阻的阻值調(diào)小些。因為只有光線強時，光敏電阻的阻值才減小，電路中的電流才會使蜂鳴器工作，光線較暗時只有減小與光敏電阻并聯(lián)的電阻才能使電路中的電流較大，使蜂鳴器發(fā)聲。2.根據(jù)溫度報警器的工作原理圖，試分析要使報警器在更高的溫度下才能

6、報警，應(yīng)如何調(diào)節(jié)變阻器阻值？(科學(xué)思維)提示：熱敏電阻在溫度較高時，電阻較小，電路的電流較大，報警器容易報警，只有增加與熱敏電阻并聯(lián)的電阻才能使電路中的電流較小，熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，所以，應(yīng)增加變阻器的阻值。3.歸納常見溫度報警器的類型，指出它們各自的特點。(科學(xué)探究)提示：常見的溫度報警器有兩類，一類是單純報警，并不切斷電源，這類報警器把熱敏電阻直接接入電路中。另一類是溫度控制，達到設(shè)定的溫度之后自動切斷電源，這類溫控器一般都使用熱敏電阻和繼電器相配合?！緦嶒炈仞B(yǎng)遷移】類型1 實驗操作【典例1】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制

7、，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表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)系圖甲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。 (2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)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(guān)對所設(shè)計電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP

8、(符號 ，阻值見表)；直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R1=10 k，R2=20 k，R3=40 k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。(3)根據(jù)圖乙的電路圖，連接圖丙的實物圖?！窘忸}指南】解答本題要注意以下三點：(1)光敏電阻的阻值隨光照度增加，電阻變小。(2)會用歐姆定律分析電路，電源電壓是3 V，光敏電阻兩端電壓大于2 V時就報警，則可判斷光敏電阻與固定電阻串聯(lián)。(3)連接實物圖時要注意電磁繼電器常開時與常閉時的連接點?！窘馕觥?1)光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖所示。特點：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。(2)控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，給1、2

9、兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，即此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，所以應(yīng)加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1，電路原理圖如圖所示。 (3)光敏電阻的電阻值隨光照強度的增大而減小，所以白天時光敏電阻的電阻值小，光敏電阻兩端的電壓就小，與光敏電阻并聯(lián)的電磁鐵電路電流就小，電磁鐵銜鐵將不能被吸住，靜觸點與A接通；晚上時的光線暗，光敏電阻的電阻值大，光敏電阻兩端的電壓就大，電磁鐵線圈中流過的電流就大，所以靜觸點與C接通，電路接通。所以要達到晚上燈亮，白天燈滅，則路燈應(yīng)接在BC之間。電路圖如圖所示。 答案：見解析類型2

10、數(shù)據(jù)處理【典例2】現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過70 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(guān)一個，導(dǎo)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70 時阻值為600.0 。(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)

11、選用滑動變阻器_(選填“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(yīng)置于_(選填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_。將開關(guān)向_(選填“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(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。【解題探究】(1)熱敏電阻的特性是什么？提示：該熱敏電阻為負溫度系數(shù)熱敏電阻，溫度升高后，阻值會變小。(2)為了使熱敏電阻的溫度達到或超過70 時，系統(tǒng)報警，怎樣調(diào)節(jié)接入電路中的滑動變阻器？提示：已知熱敏電阻在70 時阻值

12、為600.0 ，電路中的電流為10 mA，先把電阻箱接入電路中，調(diào)整電阻箱的示數(shù)為600.00 ，讓滑動變阻器從最大值開始逐漸減小電阻阻值，當(dāng)報警器開始報警時，固定滑動變阻器滑片的位置，再用熱敏電阻代替電阻箱接入電路中?！窘馕觥?1)電路圖連接如圖。 (2)報警器開始報警時，對整個回路有U=IC(R滑+R熱)代入數(shù)據(jù)可得R滑=1 200.0 ，因此滑動變阻器應(yīng)選擇R2。(3)在調(diào)節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應(yīng)為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為600.0 ?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃?，滑片應(yīng)置于b端附近，若置于另一端a時，閉合開關(guān)，則電路中的電流I= A=0.03

13、A=30 mA，超過報警器最大電流20 mA，報警器可能損壞。開關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警。答案：(1)圖見解析(2)R2(3)600.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞c報警器開始報警類型3 實驗創(chuàng)新【典例3】高二物理課外興趣小組的一同學(xué)在科技創(chuàng)新大賽中根據(jù)所學(xué)物理知識設(shè)計了一種“闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器”，如圖(a)所示，它可以通過拍攝照片來記錄機動車輛闖紅燈時的情景。它的工作原理是：當(dāng)光控開關(guān)接收到某種顏色光時，開關(guān)自動閉合，且當(dāng)壓敏電阻受到車的壓力，它的阻值變化引起電流變化達到一定值時，繼電器的銜鐵就被吸下，壓敏電阻阻值與壓

14、力的關(guān)系如(b)圖所示，工作電路中的電控照相機就工作，拍攝違規(guī)車輛。光控開關(guān)未受到該種光照射就自動斷開，銜鐵不被吸引，工作電路中的指示燈發(fā)光。(1)要記錄違規(guī)闖紅燈的情景，光控開關(guān)應(yīng)在接收到_(選填“紅”“綠”或“黃”)光時自動閉合；(2)已知控制電路電源電動勢為6 V，內(nèi)阻為1 ，繼電器電阻為9 ，當(dāng)控制電路中電流大于0.06 A時，銜鐵會被吸引。則只有質(zhì)量超過_kg的車輛違規(guī)時才會被記錄。(重力加速度取10 m/s2)【解析】(1)因是闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器，故光控開關(guān)應(yīng)在接收到紅光時自動閉合。(2)由閉合電路歐姆定律I= 可得， 0.06 A時，其中繼電器電阻R1=9 ，可解出R90

15、，再由R-F圖像可讀出當(dāng)R=90 時F=4 000 N，由G=mg可求出m=400 kg，故只有質(zhì)量超過400 kg的車輛違規(guī)時才會被記錄。答案：(1)紅(2)400【創(chuàng)新評價】創(chuàng)新角度創(chuàng)新方案開關(guān)控制方法用壓力與光學(xué)傳感器串聯(lián)(邏輯電路)開關(guān)來替代常用的電磁繼電器開關(guān)考查角度考查閉合電路歐姆定律，電學(xué)知識與力學(xué)知識的有機結(jié)合課堂素養(yǎng)達標(biāo)1.某市為了節(jié)約能源，合理適時地使用路燈，要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的某種特性制成自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制。這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用了【解析】選B。路燈中半導(dǎo)體應(yīng)能感知光照強度變化，并輸出電信號，控制

16、電路通斷，所以利用了半導(dǎo)體的光敏性，故B正確。2.(多選)如圖是溫度自動報警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點、4是水銀溫度計。則下列說法正確的是()A.溫度低于警戒溫度時，電鈴報警B.溫度高于警戒溫度時，電鈴報警C.溫度低于警戒溫度時，控制電路處于開路狀態(tài)且指示燈亮D.溫度高于警戒溫度時，控制電路處于通路狀態(tài)且指示燈亮【解析】選B、C。當(dāng)溫度低于警戒溫度時，控制電路處于開路狀態(tài)，電磁鐵線圈沒有電流通過，電磁鐵沒有磁性。此時指示燈通過常閉觸點與工作電源接通，指示燈亮，選項C正確；溫度升高，水銀面上升，因水銀是導(dǎo)體，當(dāng)溫度上升到金屬絲下端所指溫度時，控制電路被接通，電磁鐵線圈就有

17、電流通過，電磁鐵產(chǎn)生磁性吸引銜鐵，使觸點開關(guān)閉合，工作電路形成回路，電鈴就響起來，發(fā)出報警信號，指示燈滅，選項A、D錯誤，B正確。故選B、C。3.如圖所示，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(guān)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()A.=B.D.不能確定和的關(guān)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(dāng)用手掌擋住部分光線時，光敏電阻的阻值增大，因為歐姆表的零刻度在表盤的右側(cè)，所以用歐姆表測電阻時，阻值越大，指針偏角越小，所以選項B正確。4.(多選)如圖是電容式聲波傳感器的示意

18、圖，該電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。該電路中右側(cè)金屬板b固定不動，左側(cè)是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向左右往復(fù)運動的鍍有金屬層的振動膜a，a、b構(gòu)成了一個平行板電容器，且通過導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源正、負極相接，a隨聲源S振動而左右往復(fù)運動。下列有關(guān)分析正確的是()A.a左右往復(fù)運動過程中，a、b板構(gòu)成的電容器的電容不變B.a左右往復(fù)運動過程中，b板所帶的電荷量不斷變化C.a左右往復(fù)運動過程中，a、b板之間的電場強度不斷變化D.a左右往復(fù)運動過程中，靈敏電流計中始終有方向不變的電流【解析】選B、C。由于平行板電容器兩極板與電源兩極始終連接，兩板間的電壓U保持不變，根據(jù)電場強度公式E= 、電容的決定式C= ，A

19、錯，C對；a、b板所帶電荷量Q=CU，電容C變化導(dǎo)致Q變化，B對；由于聲源S在水平方向做周期性的往復(fù)振動，電容C不斷變化導(dǎo)致電荷量Q不斷變化，所以電容器出現(xiàn)周期性的充電、放電現(xiàn)象。顯然，電流計中電流方向不斷變化，D錯。5.某同學(xué)學(xué)習(xí)傳感器后，用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等儀器設(shè)計了一個高溫報警器，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警。電路如圖所示，圖中儀器還不完整。請完成以下問題： (1)圖中的甲還需要放入的元件是_。A.二極管B.光敏電阻C.NTC熱敏電阻(阻值隨溫度升高而減小)D.PTC熱敏電阻(阻值隨溫度升高而增大)(2)電路正確連接之后，該同學(xué)調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)報警時溫度比

20、預(yù)期偏低了一點點。要求在溫度更高一點時開始報警，則需要調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片往_(選填“左”或“右”)移動一點?！窘馕觥?1)根據(jù)要求，在常溫下熱敏電阻甲阻值較大，電磁鐵磁性較弱，不能將銜鐵吸下，此時綠燈所在電路接通，綠燈亮；溫度升高，熱敏電阻阻值減小，控制電路電流增大時，電磁鐵磁性增強，將銜鐵吸下。所以圖中的甲還需要放入的元件是NTC熱敏電阻(阻值隨溫度升高而減小)，故選C。(2)電路正確連接之后，該同學(xué)調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)報警時溫度比預(yù)期偏低了一點點，是在熱敏電阻的電阻值比較大的時候就報警，說明電路中滑動變阻器的電阻較小，要求在溫度更高一點時開始報警，則需要調(diào)節(jié)滑動變阻器，使滑動變阻器的電阻值大一些

21、，則需要將滑片往左移動一些。答案：(1)C(2)左6.電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9 V的電源上，光敏電阻阻值隨光強變化關(guān)系如表所示：“光強”是表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位坎德拉(cd)光強E/cd12345電阻值/18963.6(1)當(dāng)光照強度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的大小為_。(2)其原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是_(填序號)?！窘馕觥?1)由表格數(shù)據(jù)可知，光敏電阻Rx與光強E的乘積均為18 cd不變，則當(dāng)E=4 cd時，光敏電阻的阻值：Rx= =4.5 。(2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接，光照增強時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由I= 可知，電路中的電流增大，由U=IR可知，R0兩端的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓減小，