高中物理人教版第六章 第3節(jié) 實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用

第3節(jié)第六章理解教材新知把握熱點(diǎn)考向應(yīng)用創(chuàng)新演練考向二考向三考向一一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)利用斯密特觸發(fā)器設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)電路和溫度報(bào)警器。(2)提高電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)和制作能力。二、實(shí)驗(yàn)原理1．光控開(kāi)關(guān)(1)電路如圖6－3－1所示。圖6－3－1(2)斯密特觸發(fā)器的工件原理：斯密特觸發(fā)器是一個(gè)性能特殊的非門(mén)電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值(1.6V)時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平跳到低電平(0.25V)，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候(0.8V)，Y會(huì)從低電平跳到高電平(3.4V)。

(3)光控開(kāi)關(guān)的原理(如圖6－3－1所示)：白天，光照強(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導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈)，這樣就達(dá)到了使路燈天明自動(dòng)熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的。

2．溫度報(bào)警器(1)電路如圖6－3－2所示。圖6－3－2(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(wú)電流通過(guò)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的電壓升高，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時(shí)，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(bào)警聲。R1的阻值不同，則報(bào)警溫度不同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)R1來(lái)調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏度。三．實(shí)驗(yàn)器材

1．光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6V，0.3A)、可變電阻R1(最大阻值51kΩ)、電阻R2(330Ω)、光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5V)、導(dǎo)線若干、黑紙。

2．溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1kΩ)、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5V)、導(dǎo)線若干、燒杯(盛有熱水)。四．實(shí)驗(yàn)步驟

1．光控開(kāi)關(guān)

(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。

(2)檢查各元件的連接，確保無(wú)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)逐漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。2．溫度報(bào)警器(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。(2)檢查各元件的連接，確保無(wú)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(xiàng)

(1)安裝前，對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。

(2)光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)中要想天更暗時(shí)“路燈”才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些。

(4)溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)中，要使蜂鳴器在更低的溫度時(shí)報(bào)警，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些。[例1]

如圖6－3－3所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖，試說(shuō)明其工作原理。圖6－3－3[解析]

(1)電磁繼電器的工作原理因集成電路允許通過(guò)的電流較小，白熾燈泡工作電流較大，所以使用繼電器來(lái)啟閉工作電路。如題圖所示虛線框內(nèi)是電磁繼電器J，D為動(dòng)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(chǎng)，吸引銜鐵B向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)D向下與E接觸，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在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)D與E分離，自動(dòng)切斷工作電路。(2)控制電路工作原理天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈A中無(wú)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(shì)升高，當(dāng)升高到一定值時(shí)，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過(guò)線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使燈自動(dòng)開(kāi)啟。天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)逐漸降低，降到一定值時(shí)，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源，燈熄滅。

[答案]

見(jiàn)解析[例2]

在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)按圖6－3－4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(shí)，燈泡不發(fā)光，原因可能是(

)A．二極管兩極接反

B．R1與RG位置顛倒

C．R1阻值太小

D．燈泡被斷路圖6－3－4

[解析]由題可知若二極管接反，光線暗時(shí)，二極管上為負(fù)向電壓，無(wú)法導(dǎo)通，燈泡不亮，A項(xiàng)正確；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時(shí)，Y端為高電平，晶體管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B項(xiàng)正確；若R1阻值太小，Y端一直為低電平，燈泡一直發(fā)光，C項(xiàng)錯(cuò)誤；燈泡斷路時(shí)無(wú)法發(fā)光，D正確。

[答案]

ABD[例3]某學(xué)生為測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖6－3－5所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為零；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干，待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。圖6－3－5請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量。

(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路圖，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大。

(2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出