人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)1：5 3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置教案

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE15.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置〖教學(xué)目標(biāo)〗一、知識(shí)與技能1．知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。2．會(huì)利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置。二、過(guò)程與方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力，體會(huì)傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)動(dòng)手組裝和調(diào)試，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。〖教學(xué)重點(diǎn)〗門(mén)窗防盜報(bào)警裝置和光控開(kāi)關(guān)的工作原理。〖教學(xué)難點(diǎn)〗根據(jù)已知的傳感器設(shè)計(jì)門(mén)窗防盜報(bào)警裝置和光控開(kāi)關(guān)的電路。〖教學(xué)過(guò)程〗一、器材介紹1．二極管：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕谡螂妷鹤饔孟码娮韬苄?，處于?dǎo)通狀態(tài)；在反向電壓作用下電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)。2．三極管：全稱(chēng)應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。3．電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。二、門(mén)窗防盜報(bào)警裝置1．目標(biāo)效果：當(dāng)門(mén)窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門(mén)窗被打開(kāi)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。師生共同分析現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠(yuǎn)離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。讓學(xué)生根據(jù)實(shí)質(zhì)可以選擇使用干簧管。2．實(shí)驗(yàn)器材和裝置（1）實(shí)驗(yàn)電路圖（2）實(shí)驗(yàn)器材（3）電路工作原理閉合電路開(kāi)關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)門(mén)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(xiàn)圈K，使繼電器工作。繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)c與常開(kāi)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(mén)窗開(kāi)啟時(shí)，磁體離開(kāi)干簧管，干簧管失磁斷開(kāi)，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。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)是否成功，如果實(shí)驗(yàn)失敗，請(qǐng)其他小組一起分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因。3．實(shí)驗(yàn)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(dòng)作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照電路圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開(kāi)干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。三、光控開(kāi)關(guān)1．目標(biāo)效果：在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動(dòng)開(kāi)啟，而在天明時(shí)自動(dòng)熄滅。師生共同分析現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：光照弱，路燈開(kāi)啟；光照強(qiáng)，路燈熄滅。讓學(xué)生根據(jù)實(shí)質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇使用光敏電阻。教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，需要放大電路。結(jié)合課前器材介紹，電路中需要增加三極管。2．實(shí)驗(yàn)器材和裝置（1）實(shí)驗(yàn)電路圖若想采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器（K）來(lái)啟、閉另外的供電電路。（2）實(shí)驗(yàn)器材（3）電路工作原理當(dāng)環(huán)境光比較強(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(kāi)狀態(tài)，小燈泡L不亮。當(dāng)環(huán)境光比較弱時(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。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)是否成功，如果實(shí)驗(yàn)失敗，請(qǐng)其他小組一起分析實(shí)驗(yàn)失敗的原因。3．實(shí)驗(yàn)操作（1）按照電路圖連接電路，檢查無(wú)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。〖鞏固練習(xí)〗1．（單選）利用半導(dǎo)體不可以制成的是()A．標(biāo)準(zhǔn)電阻 B．熱敏電阻C．光敏電阻 D．晶體管2．（單選）某小型電磁繼電器，其中L為含鐵芯的線(xiàn)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(xiàn)柱，如圖所示．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)3（單選）.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為低電勢(shì)，LED發(fā)光B．A為高電勢(shì)，LED發(fā)光C．無(wú)論A為高電勢(shì)或低電勢(shì)，LED均不發(fā)光D．無(wú)論A為高電勢(shì)或低電勢(shì)，LED均發(fā)光4.（多選）在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)按圖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5.(多選）如圖所示是溫度報(bào)警器的電路原理圖，下列關(guān)于該電路的分析中正確的是()A．當(dāng)RT的溫度升高時(shí)，RT的阻值減小，A端電勢(shì)降低，Y端電勢(shì)升高，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲B．當(dāng)RT的溫度升高時(shí)，RT的阻值減小，A端電勢(shì)升高，Y端電勢(shì)降低，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲C．當(dāng)增大R1時(shí)，A端電勢(shì)升高，Y端電勢(shì)降低，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲D．當(dāng)增大R1時(shí)，A端電勢(shì)降低，Y端電勢(shì)升高，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲6.如圖所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.白天，光的強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較________，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較________，則輸出端Y輸出高電勢(shì)，發(fā)光二極管LED________；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個(gè)值(1.6V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電勢(shì)，則發(fā)光二極管LED________發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了路燈白天熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的．

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁1.〖答案〗A標(biāo)準(zhǔn)電阻是幾乎不受溫度影響的電阻，一般是用錳銅合金或鎳銅合金制造的，故只選A.2.〖答案〗AA、B接電磁繼電器的線(xiàn)圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓、線(xiàn)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(kāi)，進(jìn)而起到控制作用．故正確選項(xiàng)為A.3.〖答案〗BA為低電勢(shì)時(shí)，Y為高電勢(shì)，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電勢(shì)時(shí)，Y為低電勢(shì)，LED的電壓大，發(fā)光，故B正確．4.〖答案〗ABD由題可知若二極管接反，光線(xiàn)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(xiàn)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．5.〖答案〗BC溫度升高時(shí)，熱敏電阻的阻值減小，或者增大R1的阻值，都能導(dǎo)致輸入端A的電勢(shì)升高，斯密特觸發(fā)器輸出端Y從高電平跳到低電平，從而使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲．6.〖答案〗小低不導(dǎo)通導(dǎo)通白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較小，