2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理粵教版選修3-2學(xué)案：第三章 4 用傳感器制作自控裝置

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精[目標(biāo)定位]1。了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí)。2.練習(xí)用傳感器制作自控裝置．一、應(yīng)用光敏電阻制作光控自動(dòng)照明燈電路1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí)．（2)練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)控制裝置．2．實(shí)驗(yàn)器材二極管VD,晶閘管VS,光敏電阻RG，電阻R（7.5MΩ)，燈泡L，多用電表，導(dǎo)線，焊接用具等．3．實(shí)驗(yàn)原理（1)二極管：具有單向?qū)щ娦?加正向電壓時(shí)，電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓時(shí)，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)．（2)晶閘管：有三個(gè)極,陽(yáng)極A、陰極K、控制極G,工作時(shí)，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)載連接組成晶閘管的主電路，晶閘管的控制極G和陰極K與控制裝置相連，組成控制電路．當(dāng)晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管控制極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在控制極承受正向觸發(fā)電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通．(3）實(shí)驗(yàn)電路及原理分析由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖1所示．圖1①白天自然光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS門電極處于低電平，VS關(guān)斷．②當(dāng)夜幕降臨時(shí),照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻、使VS的門電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通,燈L亮．③改變R的阻值,即改變其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點(diǎn)．4．實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)檢查二極管的好壞將多用電表選擇開關(guān)撥至R×1k擋，調(diào)零后，用兩表筆分別接二極管兩極，然后將兩表筆位置對(duì)調(diào)．若兩次測(cè)量結(jié)果一次較小,一次很大，則二極管性能良好．(2）檢查晶閘管的好壞將多用電表選擇開關(guān)撥至R×1k擋，測(cè)量A、K間的正、反向電阻均為無(wú)窮大，G、K間類似于普通二極管，正向電阻小于2kΩ，反向電阻大于80kΩ，A、G之間均為幾百千歐或∞，符合這些條件時(shí)，表明晶閘管良好．(3)按照電路圖,將各元件焊接、安裝．(4）檢查各元件的連接，確保無(wú)誤．（5）接通電源，分別觀察用強(qiáng)光照射和用黑紙包裹光敏電阻時(shí)燈泡L的工作狀態(tài)．5．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些問(wèn)題（1）安裝前，要先對(duì)所有器材進(jìn)行測(cè)試,確保各元件性能良好．(2）焊接時(shí)，管腳必須在離管殼5mm以上處焊接，焊接時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)．(3）注意二極管、晶閘管各極正確接入電路，不可錯(cuò)接、反接．(4）安裝完畢后，先檢查無(wú)誤后，再閉合開關(guān)進(jìn)行測(cè)試．6．怎樣理解光控開關(guān)的工作原理如圖2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51kΩ，R2為330Ω。當(dāng)天黑時(shí),光線變?nèi)?，RG電阻變大,串聯(lián)電路中RG分得電壓增大，二極管LED兩端電壓相應(yīng)增加，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)自動(dòng)發(fā)光．黎明時(shí)，光線變強(qiáng),RG電阻減小,二極管LED兩端電壓相應(yīng)降低，降低到一定值時(shí)自動(dòng)熄滅，從而使RG電路中起到自動(dòng)控制電路的作用．圖2例1如圖3所示為一個(gè)邏輯電平檢測(cè)電路，A與被測(cè)點(diǎn)相接，則（)圖3A．A為低電平，LED發(fā)光B．A為高電平，LED發(fā)光C．A為低電平，LED不發(fā)光D．A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（1）圖中“”叫斯密特觸發(fā)器，是一種具有特殊功能的“非”門．（2)與物理學(xué)中的電路圖不同，在涉及門電路的電路圖時(shí)，表示的是電路中的邏輯關(guān)系，通常不把電流的通路完整地畫出來(lái)．針對(duì)訓(xùn)練如圖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51kΩ，R2為330Ω。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(gè)值(1.6V)，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(dòng)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,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(gè)值（1.6V)時(shí),輸出端Y會(huì)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)到了使路燈白天熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的．二、自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì)例2如圖5所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會(huì)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5A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值,銜鐵P將會(huì)被吸下B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下C．工作時(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(duì)銜鐵P吸引力減小,P將不會(huì)被吸下，故A錯(cuò)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(duì)銜鐵P吸引力增大，P將會(huì)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(cuò)誤．例3現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．如圖6所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路．要求溫度低于某一溫度時(shí)，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過(guò)某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電,畫出電路圖并說(shuō)明工作過(guò)程．圖6解析熱敏電阻與滑動(dòng)變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路．答案電路圖如圖所示．工作過(guò)程：閉合開關(guān)S,當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí),熱敏電阻的阻值較大，通過(guò)電磁繼電器的電流不能使它工作，K接通使電爐絲加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),熱敏電阻的阻值減小到某一值，通過(guò)電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱．當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程．設(shè)計(jì)自動(dòng)控制電路時(shí)，一般按照以下的思路進(jìn)行．（1）根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻（或熱敏電阻等其他敏感元件）、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成;工作電路由電源、用電器（燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成．這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過(guò)電磁繼電器相關(guān)聯(lián)，電磁繼電器實(shí)際上是工作電路的開關(guān)．(2）分析自控電路的合理性電路設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)它的合理性進(jìn)行分析,用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?檢查工作電路的接通和斷開是否符合實(shí)際要求．例如，自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅,晚上接通工作電路，使路燈發(fā)光．1．（溫度報(bào)警器電路分析）（多選）如圖7是溫度報(bào)警器的電路示意圖,下面對(duì)此電路的分析正確的是()圖7A．當(dāng)RT的溫度升高時(shí)，其阻值減小，A端電勢(shì)降低,Y端電勢(shì)升高，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲B．當(dāng)RT的溫度升高時(shí)，其阻值減小，A端電勢(shì)升高，Y端電勢(shì)降低,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲C．當(dāng)增大R1時(shí)，A端電勢(shì)升高，Y端電勢(shì)降低，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲D．當(dāng)增大R1時(shí)，A端電勢(shì)降低，Y端電勢(shì)升高,蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲答案BC2．（自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì))如圖8所示，某小型電磁繼電器,其中L為含鐵芯的線圈．P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動(dòng)控制的要求，其工作方式是（）圖8A．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號(hào)電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)答案A解析A、B接電磁繼電器的線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈電流隨信號(hào)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。3．（自動(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì))如圖9所示是自動(dòng)水位報(bào)警的示意圖，其中繼電器的線圈通過(guò)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(gè),紅燈泡應(yīng)安在________位置，綠燈泡應(yīng)安在______位置(填“A”或“B”)．圖9答案BA解析水位正常時(shí)，線圈中沒(méi)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．4．（光控開關(guān)電路分析與設(shè)計(jì)）光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動(dòng)控制開關(guān)，如圖10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(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄、日落燈亮的效果．圖10答案見(jiàn)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．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(gè)路燈自動(dòng)控制門電路．天黑了，讓路燈自動(dòng)接通；天亮了，讓路燈自動(dòng)熄滅．圖1中RG是一個(gè)光敏電阻，當(dāng)有光線照射時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)明顯減?。甊是可調(diào)電阻，起分壓作用．“非"門電路能將輸入的高壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒盘?hào)，或?qū)⒌蛪盒盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏盒盘?hào)，J為路燈總開關(guān)控制電路，它在獲得高電壓時(shí)才啟動(dòng)（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(dòng)接通時(shí)天色還比較亮，現(xiàn)要調(diào)節(jié)自動(dòng)控制裝置,使得它在天色較暗時(shí)才會(huì)自動(dòng)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(dòng)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(méi)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(huì)變小．干簧管繼電器: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(chǎng)使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化，兩個(gè)簧片在磁力作用下由原來(lái)的分離狀態(tài)變成閉合狀態(tài)．當(dāng)線圈中沒(méi)有電流或者電流很微弱時(shí),磁場(chǎng)消失,簧片在彈力的作用下回復(fù)到分離狀態(tài)．試說(shuō)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(chǎng)使密封在干簧管內(nèi)的兩個(gè)鐵質(zhì)簧片磁化，兩個(gè)簧片由原來(lái)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(méi)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(gè)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．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(lái)避免事故發(fā)生的．如圖3所示為光控繼電器的示意圖,它由電源、光電管（當(dāng)有光照射時(shí)，在陰極K端會(huì)放出電子)、放大器、電磁繼電器等幾部分組成．這樣，光控繼電器銜鐵立即變化，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生．光控繼電器的原理是:______________________________________________________________________.圖3答案見(jiàn)解析解析光照射光電管時(shí),陰極K發(fā)射電子，電路中產(chǎn)生電流，經(jīng)放大器放大后的電流使電磁鐵M磁化，將銜鐵吸??；無(wú)光照射光電管時(shí)，電路中無(wú)電流，銜鐵自動(dòng)離開M，右側(cè)電路接通，燈L亮．題組二溫控開關(guān)電路分析4．如圖4所示為一自動(dòng)控制溫度的電路,請(qǐng)說(shuō)明其工作原理．圖4答案見(jiàn)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;隨著溫度升高，熱敏電阻溫度升高，阻值減小，通過(guò)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(dòng)控制電路的分析與設(shè)計(jì)5．(多選)如圖5所示，全自動(dòng)洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動(dòng)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(dòng)，從而牽引排水閥的閥門排除污水．以下說(shuō)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．(多選）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(chǎng)，下列說(shuō)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(chǎng)方向相反,所以家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零，選項(xiàng)A正確；家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會(huì)引起L2的磁通量的變化，選項(xiàng)