利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置+導(dǎo)學(xué)案 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

第第頁題目5.2利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置課型新課日期12月份學(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?；A(chǔ)知識(shí)實(shí)驗(yàn)一門窗防盜報(bào)警裝置1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解門窗防盜報(bào)警裝置的工作原理；(2)練習(xí)使用傳感器自動(dòng)控制設(shè)備。2．電路設(shè)計(jì)如圖1所示，門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報(bào)警電路。干簧管可將這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為。3．實(shí)驗(yàn)器材和裝置如圖2所示，采用干簧管作為，用于感知磁體磁場(chǎng)是否存在。繼電器(虛線方框部分)作為裝置。發(fā)光二極管LED作為電路工作提示。發(fā)光二極管和普通二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，而且在?dǎo)電時(shí)還能發(fā)光，有紅、綠、黃等多種顏色。R為發(fā)光二極管的限流電阻，起作用。蜂鳴器H作為提醒。4．電路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，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。5．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，觀察簧片能否正常工作。(2)確定各元件可以正常工作后，按照如圖2所示電路圖連接電路。(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。實(shí)驗(yàn)二光控開關(guān)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)電路及控制原理，會(huì)組裝光控開關(guān)。2．實(shí)驗(yàn)器材和裝置(1)晶體三極管：具有作用，在控制電路中常用作。三極管由三個(gè)電極組成，分別是發(fā)射極e、基極b和集電極c，有NPN型和PNP型兩種(如圖)，從輸入一個(gè)較小的電流，就會(huì)在獲得較大的電流。(2)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如圖甲、乙所示。光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R2為發(fā)光二極管的限流電阻?？烧{(diào)電阻R1與光敏電阻RG組成串聯(lián)分壓電路，把光敏電阻因光照而發(fā)生的電阻變化，轉(zhuǎn)換為電壓的變化，加載到三極管VT的基極b上(圖甲)。當(dāng)基極電壓達(dá)到一定程度后，三極管被導(dǎo)通，從而使得由電源正極經(jīng)電阻R2、發(fā)光二極管、三極管集電極和發(fā)射極到達(dá)電源負(fù)極的回路被導(dǎo)通?？烧{(diào)電阻R1的作用是調(diào)整設(shè)定電路對(duì)周邊光亮度的反應(yīng)，在電路中能夠控制三極管的電流。如果把R1阻值調(diào)得更大些，就會(huì)在天更時(shí)才點(diǎn)亮路燈。為了能夠驅(qū)動(dòng)更大功率的負(fù)載，如采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙中K為繼電器的線圈，S為它的常開觸點(diǎn)。為了防止繼電器釋放銜鐵時(shí)線圈中的自感電動(dòng)勢(shì)損壞三極管，必須給線圈并聯(lián)一只二極管D，以提供自感電流釋放的通路。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，三極管，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于，即發(fā)光二極管；繼電器處于狀態(tài)，小燈泡L。當(dāng)環(huán)境光比較弱時(shí)，光敏電阻RG的阻值，三極管，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。4．實(shí)驗(yàn)操作(1)按照?qǐng)D甲、乙所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。(2)讓光敏電阻RG受到白天較強(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。課堂拓展1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)加速度計(jì)，如圖5.3-6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)述你分析的過程。2.工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖5.3-8所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時(shí)，二極管導(dǎo)通，沒有光照時(shí)，二極管截止）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動(dòng)開關(guān)，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。請(qǐng)簡(jiǎn)述光控繼電器的原理。3.某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中自制電子秤，原理示意圖如圖5-5所示。用理想電壓表的示數(shù)指示物體的質(zhì)量，托盤與電阻可忽略的金屬彈簧相連，托盤與彈簧的質(zhì)量均不計(jì)，滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)端與彈簧上端連接。當(dāng)托盤中沒有放物體時(shí)，滑片恰好指在變阻器的最上端，此時(shí)電壓表示數(shù)為0。設(shè)變阻器總電阻為R，總長度為l，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，限流電阻阻值為R0，彈簧勁度系數(shù)為k，不計(jì)一切摩擦和其他阻力。試推導(dǎo)出電壓表示數(shù)U與所稱物體質(zhì)量m的關(guān)系式。隨堂檢測(cè)4．圖甲為一種家用門窗防盜報(bào)警器，由磁條和主機(jī)組成，圖乙為其簡(jiǎn)化示意圖。安裝時(shí)，將磁條固定在門上，主機(jī)安裝在與其等高的門框邊緣，門關(guān)上時(shí)，兩者剛好靠近在一起。當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時(shí)，若門被打開，磁條與主機(jī)分離，主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會(huì)工作，帶動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。下列有關(guān)說法正確的是()A．觸發(fā)器內(nèi)是一個(gè)開關(guān)，當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時(shí)，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(duì)調(diào)后，該報(bào)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5.(多選)如圖所示為門窗防盜報(bào)警器實(shí)驗(yàn)中使用的電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，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。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、B間接控制電路，C、D間接被控電路B．A、B間接被控電路，C、D間接控制電路C．流過L的電流減小時(shí)，C、D間電路斷開D．流過L的電流增大時(shí)，C、D間電路斷開6.如圖所示是某保密室的防盜報(bào)警電路，當(dāng)有人闖入保密室時(shí)會(huì)使開關(guān)S閉合。下列說法正確的是()A．電磁繼電器與發(fā)電機(jī)工作原理相同B．電磁鐵的磁性強(qiáng)弱只與電流大小有關(guān)C．電磁鐵工作時(shí)，上端為S極D．當(dāng)有人闖入保密室時(shí)，b燈亮7．如圖所示是一種水位自動(dòng)報(bào)警器的原理示意圖。當(dāng)杯中的水位到達(dá)金屬塊B時(shí)，出現(xiàn)的情況是()A．L1燈亮B．L2燈亮C．L1、L2兩燈同時(shí)亮D．L1、L2兩燈都不亮8．（多選）某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示。鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成。當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí)，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，下列說法正確的是()A．家庭電路正常工作時(shí)，L2中的磁通量為零B．家庭電路中使用的電器增多時(shí)，L2中的磁通量不變C．家庭電路發(fā)生短路時(shí)，開關(guān)K將被電磁鐵吸起D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí)，開關(guān)K將被電磁鐵吸起9.（多選）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(通常是電學(xué)量)，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器的線路圖。則下列說法正