高中物理選修二5.2科學(xué)制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置學(xué)案

5.2科學(xué)探究：簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置【學(xué)習(xí)目標(biāo)】通過(guò)動(dòng)手制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置，更好地理解傳感器的工作原理及其應(yīng)用。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。2.了解傳感器在技術(shù)上的應(yīng)用【實(shí)驗(yàn)原理】1.傳感器能夠?qū)⒏惺艿降男盘?hào)(力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電信號(hào)?！緦?shí)驗(yàn)器材】光敏電阻、熱敏電阻、溫度計(jì)、干電池、手電筒、蜂鳴器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、變阻器【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】1.光報(bào)警裝置（1）工作原理：光敏電阻在光照條件下，其電阻會(huì)隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而減小。當(dāng)光敏電阻阻值減小時(shí)，電路中的電流變大，當(dāng)電流達(dá)到設(shè)定值，蜂鳴器開(kāi)始工作，達(dá)到報(bào)警的目的。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖512。溫度t/℃30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/Ω54.351.047.544.341.037.934.7I/mA93.397.6102.9109.7116.7125.2134.2U/V5.075.024.974.904.834.754.66（2）實(shí)驗(yàn)步驟⑴按照?qǐng)D512連接好實(shí)物電路⑵將手電筒光亮度調(diào)至一檔，固定并照射光敏電阻；⑶將滑動(dòng)變阻器電阻調(diào)至最大⑷閉合開(kāi)關(guān)，緩慢減小滑動(dòng)變阻器阻值，直至蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲；記錄滑動(dòng)變阻器的阻值和滑片位置，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；⑸將手電筒光亮度調(diào)至二檔，重復(fù)⑶⑷步驟⑹將手電筒光亮度調(diào)至三檔，重復(fù)⑶⑷步驟2.溫度報(bào)警裝置工作原理：熱敏⑺記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)手電筒亮度一檔二檔三檔滑阻大小實(shí)驗(yàn)結(jié)論2.溫度報(bào)警器：（1）工作原理（NTC熱敏電阻）的阻值會(huì)隨溫度變化而變化。溫度越高，阻值越小。當(dāng)熱敏電阻阻值減小時(shí)，電路中的電流變大，達(dá)到設(shè)定溫度對(duì)應(yīng)的電流值時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始工作，達(dá)到報(bào)警的目的。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖513。（2）實(shí)驗(yàn)步驟⑴按照?qǐng)D513連接好實(shí)物電路⑵將熱敏電阻放至溫度較低的熱水中，測(cè)出并記錄溫度⑶將滑動(dòng)變阻器電阻調(diào)至最大二、研究光敏電阻的光敏特性⑷閉合開(kāi)關(guān)，緩慢減小滑動(dòng)變阻器阻值，直至蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲；記錄滑動(dòng)變阻器的阻值和滑片位置，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)⑸將熱敏電阻放至溫度適中的熱水中，測(cè)出并記錄溫度，重復(fù)⑶⑷步驟⑸將熱敏電阻放至溫度適中的熱水中，測(cè)出并記錄溫度，重復(fù)⑶⑷步驟⑹將熱敏電阻放至溫度較高的熱水中，測(cè)出并記錄溫度，重復(fù)⑶⑷步驟⑺記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)水溫高中低滑阻大小實(shí)驗(yàn)結(jié)論【注意事項(xiàng)】1．手電筒不要對(duì)著人的眼睛，避免熱水燙傷。2．做溫控實(shí)驗(yàn)時(shí)，將熱敏電阻放入水中要待一段時(shí)間，使其溫度與水溫相同時(shí)再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！菊n后鞏固】1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖5.36所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個(gè)裝置就是一個(gè)加速度傳感器。兩個(gè)電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點(diǎn)位于表盤(pán)中央，當(dāng)P端的電勢(shì)高于Q端時(shí)指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動(dòng)的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí)電壓表的指針將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)?簡(jiǎn)述你分析的過(guò)程。2.為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所用光敏電阻制作光控開(kāi)關(guān)來(lái)控制照明系統(tǒng)。光敏電阻的阻值隨著光的強(qiáng)弱而變化。物理學(xué)中用照度描述光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度的單位為lx。某光敏電阻RG在不同照度下的阻值如下表：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D53甲所示的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)（2）如圖53乙所示，當(dāng)1、2兩端電壓上升至2V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)。請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)照度降低至1.0lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)。在虛線框內(nèi)完成電路原理圖（不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響）。提供的器材如下：光敏電阻RG（阻值見(jiàn)上表）；直流電源E（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)）；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ（限選其中之一并在圖中標(biāo)出）；開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。3．現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警．提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)．已知U約為18V，Ic約為10mA；流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時(shí)阻值為650.0Ω.(1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線．(2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為_(kāi)_______Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________．②將開(kāi)關(guān)向______(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至_____________________________________________________________________。(4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開(kāi)關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用．參考答案：1.電壓表的指針將向左偏轉(zhuǎn)。因?yàn)榧铀俣认蛴視r(shí)，滑塊受到的合力向右，滑塊向左移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器右側(cè)電阻分壓大于左側(cè)電阻。根據(jù)沿電流