高中物理(新教材)選修二課件4：5-3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置 人教版

5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置第五章傳感器知識(shí)準(zhǔn)備普通二極管和發(fā)光二極管①都具有單向?qū)щ娦?。②發(fā)光二極管除了具有普通二極管的單向?qū)щ娦酝?導(dǎo)電時(shí)還能發(fā)光,它小巧玲瓏顏色鮮艷,又很省電,許多家用電器上都用發(fā)光二極管作指示燈。門電路①對(duì)于與門電路,只要一個(gè)輸入端輸入為“0”,則輸出端一定是“0”,只有當(dāng)所有輸入都為“1”時(shí),輸出才是“1”。②對(duì)于或門電路,只要有一個(gè)輸入端輸入為“1”,則輸出一定是“1”,只有當(dāng)所有輸入都為“0”時(shí),輸出才是“0”。③非門電路中,當(dāng)輸入為“0”時(shí),輸出總是“1”,當(dāng)輸入為“1”時(shí),輸出反而是“0”。非門電路也稱反相器。斯密特觸發(fā)器斯密特觸發(fā)器性能特別,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。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號(hào),而這正是進(jìn)行光控所需要的。邏輯電路的高低電平在邏輯電路中,常把電勢(shì)的高低叫作電平的高低,“輸出低電平”的意義是輸出端處于低電勢(shì)的狀態(tài)。斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門,常用符號(hào)表示。當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮。當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。干簧管可將門與門框的相對(duì)位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。知識(shí)點(diǎn)一、門窗防盜報(bào)警裝置電路如圖所示。工作原理：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)器材干簧管、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、導(dǎo)線若干、開關(guān)、電阻。實(shí)驗(yàn)器材干簧管、繼電器、發(fā)光二極管LED、蜂鳴器H、電源、導(dǎo)線若干、開關(guān)、電阻。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，按照?qǐng)D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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動(dòng)開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅?知識(shí)點(diǎn)二、光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光控開關(guān)的工作原理,練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)控制設(shè)備。實(shí)驗(yàn)器材: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。工作原理:甲圖(二極管光控電路):白天,光照強(qiáng)度較大時(shí),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;傍晚,當(dāng)光照強(qiáng)度小到一定程度時(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)于路燈亮了),這樣就達(dá)到了使路燈天亮自動(dòng)熄滅、天暗自動(dòng)開啟的目的。工作原理:乙圖(路燈光控電路):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電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,線圈中無(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,輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過線圈,電磁繼電器工作,接通工作電路,使路燈自動(dòng)開啟;天亮后,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,輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈中不再有電流,則電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源,路燈熄滅。工作原理:乙圖(路燈光控電路):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電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,線圈中無(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,輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過線圈,電磁繼電器工作,接通工作電路,使路燈自動(dòng)開啟;天亮后,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,輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈中不再有電流,則電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源,路燈熄滅。在本實(shí)驗(yàn)中,要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮,應(yīng)該如何調(diào)節(jié)R1的阻值大小?提示: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的電壓達(dá)到某個(gè)值(如1.6V),就需要RG的阻值達(dá)到更大,即天色更暗。實(shí)驗(yàn)步驟:①按照實(shí)驗(yàn)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)?！纠?】如圖是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖,試說明其工作原理。點(diǎn)撥:只有正確理解斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn),才能合理解釋它在電路中的作用。解析: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,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,使樓道內(nèi)燈自動(dòng)開啟;天亮后,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,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(dòng)切斷工作電路的電源,樓道內(nèi)燈熄滅。答案:見解析題后反思

不能掌握斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn),不能根據(jù)R1的變化判斷輸入端A的電勢(shì)高低變化是解答該題的兩大障礙。1.如圖所示為一個(gè)邏輯電平檢測(cè)電路，A與被測(cè)點(diǎn)相接，則()A．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)光課堂訓(xùn)練解析：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：BC2.如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈，RG為光敏電阻。A為斯密特觸發(fā)器輸入端，在天黑時(shí)路燈(發(fā)光二極管)會(huì)點(diǎn)亮。下列說法正確的是()A．天黑時(shí)，Y處于高電平 B．天黑時(shí)，Y處于低電平C．當(dāng)R1調(diào)大時(shí)，天更暗時(shí)，燈(發(fā)光二極管)點(diǎn)亮D．當(dāng)R1調(diào)大時(shí)，天較亮?xí)r，燈(發(fā)光二極管)就能點(diǎn)亮解析：天黑時(shí)，RG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，輸出端Y突然由高電平跳到低電平；R1調(diào)大時(shí)，A端電壓降低，只有天更暗時(shí)，RG電阻更大時(shí)，路燈才點(diǎn)亮，故B、C正確。答案：BC3．某同學(xué)想把房間窗簾改成自動(dòng)開啟、自動(dòng)關(guān)閉的，他的設(shè)想是：白天房間要透光，也要防止太陽(yáng)光直射室內(nèi)，因此要用薄紗型的窗簾；傍晚太陽(yáng)下山后，要用厚絨的窗簾，請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)電路，選購(gòu)器材并畫好電路圖。解析：如圖所示，白天光照很亮，照射到光敏控制器上，電阻很小，電流較大，電磁鐵磁性強(qiáng)，吸引銜鐵向下，使得觸點(diǎn)b、c接觸，電動(dòng)機(jī)乙轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉薄紗窗簾，同時(shí)應(yīng)拉開厚絨窗簾；傍晚后光線很暗，光敏控制器接收光照少，電阻變大，電流很小，電磁鐵磁性非常弱，彈簧將銜鐵拉起，使b、a接觸，電動(dòng)機(jī)甲轉(zhuǎn)動(dòng)，拉開薄紗窗簾，同時(shí)關(guān)閉厚絨窗簾。答案：見解析備用工具&資料3．某同學(xué)想把房間窗簾改成自動(dòng)開啟、自動(dòng)關(guān)閉的，他的設(shè)想是：白天房間要透光，也要防止太陽(yáng)光直射室內(nèi)，因此要用薄紗型的窗簾；傍晚太陽(yáng)下山后，要用厚絨的窗簾，請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)電路，選購(gòu)器材并畫好電路圖。2.如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈，RG為光敏電阻。A為斯密特觸發(fā)器輸入端，在天黑時(shí)路燈(發(fā)光二極管)會(huì)點(diǎn)亮。下列說法正確的是()A．天黑時(shí)，Y處于高電平 B．天黑時(shí)，Y處于低電平C．當(dāng)R1調(diào)大時(shí)，天更暗時(shí)，燈(發(fā)光二極管)點(diǎn)亮D．當(dāng)R1調(diào)大時(shí)，天較亮?xí)r，燈(發(fā)光二極管)就能點(diǎn)亮門電路①對(duì)于與門電路,只要一個(gè)輸入端輸入為“0”,則輸出端一定是“0”,只有當(dāng)所有輸入都為“1”時(shí),輸出才是“1”。②對(duì)于或門電路,只要有一個(gè)輸入端輸入為“1”,則輸出一定是“1”,只有當(dāng)所有輸入都為“0”時(shí),輸出才是“0”。③非門電路中,當(dāng)輸