高中物理(新教材)選修二課件1：5-3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置 人教版

第3節(jié)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置

學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解門窗防盜報(bào)警裝置的原理。2.了解光控開關(guān)的原理。3.培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，體會(huì)物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。4.體驗(yàn)從原理到應(yīng)用的過程，培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。門窗防盜報(bào)警裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忾T窗報(bào)警裝置的原理。二、實(shí)驗(yàn)原理閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個(gè)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(dòng)觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)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(dāng)門窗開啟時(shí)，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(dòng)觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關(guān)的作用，繼電器則相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)的雙向開關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖所示。三、實(shí)驗(yàn)器材電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。四、實(shí)驗(yàn)步驟(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(dòng)作。(2)確定各元件可以正常工作后，連接電路。(3)接通電源后，將磁體先后靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。光控開關(guān)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)的原理。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)環(huán)境的光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)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。當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖所示。三、實(shí)驗(yàn)器材可調(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。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)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(qiáng)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(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會(huì)看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，可用手電筒加強(qiáng)光照，或遮蓋光敏電阻，再進(jìn)行觀察。實(shí)例引導(dǎo)電磁繼電器與自動(dòng)控制例題現(xiàn)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、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，超過某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫出電路圖并說明工作過程。實(shí)例引導(dǎo)電磁繼電器與自動(dòng)控制例題現(xiàn)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、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，超過某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫出電路圖并說明工作過程。解析：電路圖如圖所示。

工作過程：閉合S，當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器的電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，熱敏電阻減小到某值，通過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，又重復(fù)前述過程。答案：見解析

規(guī)律方法：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?？刂齐娐酚呻娫?、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)崦綦娮杓訜幔瑱z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.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(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(

)A.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)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，故正確選項(xiàng)為A。A隨堂練習(xí)2.(多選)如圖所示，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。以下說法中正確的是(

)A.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AD3.如圖所示，自動(dòng)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。(均選填“A”或“B”)

解析：水位正常時(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。BA3.如圖所示，自動(dòng)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。(均選填“A”或“B”)

解析：水位正常時(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。BA備用工具&資料2.(多選)如圖所示，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。以下說法中正確的是(

)A.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AD規(guī)律方法：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?？刂齐娐酚呻娫?、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。門窗防盜報(bào)警裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忾T窗報(bào)警裝置的原理。光控開關(guān)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饪亻_關(guān)的原理。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)環(huán)境的光比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)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。當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動(dòng)繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L