5.3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置 課件 人教版高中物理選修二

5.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置人教版高中物理選修二目錄新知導入第一部分新知探究第二部分新知應(yīng)用第三部分課堂小結(jié)第四部分新知鞏固第五部分生活中的傳感器光感傳感器水質(zhì)PH傳感器紫外線傳感器仿生傳感器磁光效應(yīng)傳感器新知導入盒子里面有什么裝置？原理：當磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！實驗1、門窗防盜報警裝置新知探究實驗1、門窗防盜報警裝置新知探究1.目標效果：當門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅?？拷澍Q器不響，指示燈亮；遠離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。干簧管實驗1、門窗防盜報警裝置新知探究2.實驗器材和裝置（1）實驗電路圖（2）實驗器材實驗1、門窗防盜報警裝置表1基本元件及參數(shù)新知探究3.電路工作原理

當門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點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)。

當門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。實驗1、門窗防盜報警裝置新知探究4.實驗操作（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作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。實驗1、門窗防盜報警裝置新知探究【例題1】如圖所示,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(

)A.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)B.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路并聯(lián)C.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路并聯(lián)

A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應(yīng)接信號電壓,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,進而起到控制作用,故正確選項為A。A解析：新知應(yīng)用

光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅?新知探究1.實驗?zāi)康墓饪芈窡艨梢愿鶕?jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。2.實驗器材三極管:作為放大電流，以及控制電路通斷的作用RG：光敏電阻二極管：模仿路燈三極管電路符號及實物圖可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源光敏電阻新知探究三極管電路符號及實物圖表2基本元件及參數(shù)新知探究3.實驗原理

當環(huán)境的光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當于斷路,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。實驗原理圖

當環(huán)境的光比較弱時,光敏電阻RG的阻值變大,三極管導通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。強光→RG很小→三極管不導通→小燈泡不亮。弱光→RG很大→三極管有大電流→小燈泡亮。新知探究4.實驗操作及實驗現(xiàn)象（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射，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，當光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。新知探究思考與討論1、要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？

應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達到某個值（如1.6V），就需要RG的阻值達到更大，即天色更暗。2、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？

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工作電路．新知探究電磁繼電器的工作原理

當線圈A中通電時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵B向下運動，從而帶動動觸點D向下與E接觸，將工作電路接通，當線圈A中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點D與E分離，自動切斷工作電路．新知探究【例題2】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，達到日出燈熄，日落燈亮的效果．當天亮時，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點斷開，路燈熄滅夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點接通，路燈點亮．新知應(yīng)用控制電路的工作原理

天較亮時，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，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．新知探究（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射，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，當光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。實驗操作新知探究新知探究【例題3】如圖為煙霧散射式火災(zāi)報警器，它主要由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理．有煙霧時無煙霧時擋板遮擋收不到光高電阻光線散射光線照射到三極管電阻變小傳感器檢測到變化報警新知探究新知探究實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用1電熨斗

新知探究原理:熱脹冷縮常溫下兩觸點分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸。1.雙金屬片溫度傳感器

新知探究原因：雙金屬片銅的膨脹系數(shù)大于鐵新知探究1.雙金屬片溫度傳感器

新知探究新知探究2.雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用

新知探究思考與討論：①常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？

答：常溫下，上、下觸點應(yīng)是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用．新知探究思考與討論：②熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實現(xiàn)的？

答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制在不同溫度的目的．新知探究【例題4】如圖所示是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法正確的是(

)A．常溫時上下觸點是接觸的B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80℃斷開電源，現(xiàn)要求60℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些新知應(yīng)用回顧在家煮飯的過程？新知探究1溫度傳感器的主要元件是什么？

感溫鐵氧體

2感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？

氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成

3感溫鐵氧體有何特點？什么是“居里點”？

常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達到103℃，失去鐵磁性．

居里點，又稱居里溫度，即指103℃。實驗3、溫度傳感器的應(yīng)用2電飯鍋思考與討論:新知探究電飯鍋的構(gòu)造新知探究新知探究1開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。2水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。3飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．思考與討論:4如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。新知探究1.連貫地敘述電飯鍋的工作過程?

開始煮飯時，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．新知探究電熨斗電飯鍋敏感元件______________________工作原理溫度變化時，由于雙金屬片上層金屬與下層金屬的________不同，雙金屬片發(fā)生彎曲從而控制電路的通斷(1)居里溫度：感溫鐵氧體常溫下具有鐵磁性，溫度上升到約103℃時，失去_______，這一溫度稱為“居里溫度”(2)自動斷電原理：用手按下開關(guān)通電加熱，開始煮飯，當鍋內(nèi)加熱溫度達到103℃時，鐵氧體失去磁性，與永久磁鐵失去吸引力，被彈簧片彈開，從而推動杠桿使觸點開關(guān)斷開新知探究【例題5】如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103℃時，下列說法中正確的是(

)A．常溫下感溫磁體具有較強的磁性B．當溫度超過103℃時，感溫磁體的磁性較強C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103℃，這時開關(guān)按鈕會跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達到103℃，開關(guān)按鈕就不會自動跳起新知應(yīng)用門窗防盜報警裝置光控開關(guān)傳感器的應(yīng)用實例課堂小結(jié)1、如圖甲為一種家用門磁防盜報警器，由磁條和主機組成，門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖。安裝時，將磁條固定在門上，主機安裝在與其等高的門框邊緣，門關(guān)上時，兩者剛好靠近在一起。當主機開關(guān)閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關(guān)說法正確的是（

）A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān)，當主機與磁條靠近時，開關(guān)是斷開的B.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調(diào)后，該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的A新知鞏固2、如圖所示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(水銀導電).則下列說法正確的是()A.溫度高于警戒溫度時，電鈴不報警、指示燈亮B.溫度低于警戒溫度時，電鈴報警、指示燈熄滅C.溫度高于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴報警D.溫度低于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴不報警D新知鞏固溫度低于警戒溫度時，水銀柱下降，控制電路處于開路狀態(tài)，電磁鐵線圈中沒有電流通過，電磁鐵沒有磁性，此時指示燈通過常閉觸點與工作電路接通，指示燈亮，電鈴不報警，故B錯誤，D正確；溫度高于警戒溫度時，水銀柱上升，控制電路處于接通狀態(tài)，電磁鐵線圈中有電流通過，電磁鐵有磁性，此時電鈴?fù)ㄟ^觸點3與工作電路接通，電鈴報警，此時指示燈所在的電路中沒有電流，指示燈不亮，故A、C錯誤。解析：新知鞏固3、如圖所示為某會議廳安裝的火災(zāi)報警系統(tǒng)的原理圖，裝置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住，罩內(nèi)的發(fā)光二極管和光電三極管用一不透明的擋板隔開，沒有險情時光電三極管不能收到發(fā)光二極管所發(fā)出的光，此時光電三極管的電阻較高。則下列說法正確的是()

A.當會議廳發(fā)生火災(zāi)時，罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，散射的光照射到光電三極管上使其電阻變小而報警B.當會議廳發(fā)生火災(zāi)時，進入罩內(nèi)的煙霧擋住了光線，使得光電三極管的電阻變大而報警C.當會議廳發(fā)生火災(zāi)時，光電三極管的溫度升高，使得光電三極管的電阻變小而報警D.當會議廳發(fā)生火災(zāi)時，由于環(huán)境氣體的濃度變大而報警A新知鞏固沒有險情時，光電三極管接收不到發(fā)光二極管發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當有煙霧時，光發(fā)生散射，有光照射到光電三極管上時，其電阻變小，所連接的電路接通，就會發(fā)出警報，A正確。解析：新知鞏固1．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，出現(xiàn)聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)．它的控制電路中可能接入的傳感器是(

)A．溫度傳感器和光電傳感器B．光電傳感器和聲音傳感器C．聲音傳感器和熱電傳感器D．溫度傳感器和熱電傳感器B新知鞏固2．下列有關(guān)傳感器的說法中正確的是（）A．火災(zāi)報警器利用了溫度傳感器B．日光燈啟動器是利用了光傳感器C．電子秤稱量物體重力利用了力傳感器D．霍爾元件是能夠把電壓轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強度的一種磁傳感器C新知鞏固3．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，出現(xiàn)聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)，它的控制電路中可能接入的傳感器是（）①溫度傳感器②光傳感器③聲音傳感器④力傳感器A．①② B．②③ C．③④ D．②④B新知鞏固4．下圖中關(guān)于傳感器的應(yīng)用，說法正確的是（）A．干簧管是利用電磁感應(yīng)的原理控制電路的通斷的B．機器人“眼睛”利用了光傳感器C．紅外測溫槍向人體發(fā)射紅外線，從而測量人體溫度D．火災(zāi)報警器是通過感知溫度觸發(fā)報警的B新知鞏固5．數(shù)碼相機的普及使傳統(tǒng)膠片相機逐漸被淘汰。數(shù)碼相機的主要部件是電荷耦合器（CCD），能將光學量轉(zhuǎn)化為電學量。該部件可視為（）A．力傳感器 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．霍爾元件C新知鞏固6．傳感器在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，它的種類多種多樣，其性能也各不相同。以下有關(guān)傳感器的說法正確的是（

）A．辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開關(guān)，這是光傳感器的應(yīng)用B．非觸摸式自動水龍頭（自動感應(yīng)水龍頭）應(yīng)用的傳感器是壓力傳感器C．空調(diào)機在室內(nèi)溫度達到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，空調(diào)機內(nèi)實現(xiàn)這一功能的傳感器是溫度傳感器D．調(diào)溫型電熨斗能自動控制溫度的原因