新教材鲁科版选择性必修第二册-第5章-第2节-科学制作：简单的自动控制装置-课件(62张)

1、第2节科学制作：简单的自动控制装置 【实验目的】1.设计并制作光报警装置。2.设计并制作温度报警装置。3.了解自动控制报警装置的工作原理。【实验器材】光敏电阻、_电阻、_、干电池、手电筒(能调节亮度)、蜂鸣器、开关、导线、滑动变阻器、热水、烧杯等。 课前自主学习热敏温度计【实验原理与设计】一、光报警装置1.实验的基本思想：_的阻值随光照强度的增加而_，电路中总电流_，当电流达到一定的数值后蜂鸣器发出响声，装置自动报警。2.实验电路图：光敏电阻减小增加3.电路工作原理：如图中光敏电阻与滑动变阻器并联后再与蜂鸣器串联，当光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小时，电路中的总电阻减小，总电流增加，则加在

2、蜂鸣器两端的电压增加，当电压增加到特定数值时，蜂鸣器报警。二、温度报警装置1.实验的基本思想：利用_作为蜂鸣器开关，实现温度升高到某一数值时，蜂鸣器发出声音，装置自动报警。2.实验电路图： 热敏电阻3.电路的关键元件及其工作原理：(1)热敏电阻应为_温度系数热敏电阻，在电路中接入固定电阻保护电源和蜂鸣器。(2)工作原理：当环境的温度升高时，负温度系数热敏电阻阻值减小，则热敏电阻与滑动变阻器并联后的总电阻减小，整个电路的总电阻减小，电路中的总电流变大，蜂鸣器两端的电压增加，当电压增加到某一数值后蜂鸣器发出响声，达到报警的目的。负课堂合作探究【实验过程】一、光报警装置(一)实验步骤1.根据电路图连

3、接实物图。 2.检查各元件的连接，确保无误，闭合开关，接通电路。3.先观察在室内自然光的照射下报警器是否工作。4.打开手电筒的电源，让小灯泡发光，用手电筒照射光敏电阻，逐渐增加手电筒发光强度，直到报警器报警，记下此时手电筒的光的强度。5.减小滑动变阻器R1的电阻，重复实验。6.断开开关。 (二)数据处理把记录的结果填入表中，根据记录的数据分析光敏电阻的特性。光照自然光弱中强电阻(大)电阻(小)报警情况(三)实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小。(2)减小与光敏电阻并联的电阻，报警器需要的光照强度减弱。二、温度报警装置(一)实验过程1.根据电路图连接实物图。2.检查各

4、元件的连接，确保无误，闭合开关，接通电路。3.调节滑动变阻器电阻，使蜂鸣器常温下不发声。4.先将烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数。5.将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻阻值大小并记录。注意蜂鸣器是否发声。6.减小滑动变阻器的电阻，重做实验。7.断开开关，将热敏电阻从热水中取出。(二)数据处理分析热敏电阻的特性，把测量到的温度记录在表中。温度/电阻(大)电阻(小)报警情况(三)实验结论1.负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。2.减小与热敏电阻并联的电阻，报警器报警时温度降低。【注意事项】1.闭合开关之前，滑动变阻器的滑片处于阻

5、值最大位置。2.在做热敏实验时，加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。3.光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。【实验探究】1.根据光报警装置工作原理图，试探究分析要想光线较暗时使报警器报警，应该把滑动变阻器电阻的阻值调大些还是调小些？(科学思维)提示：把滑动变阻器电阻的阻值调小些。因为只有光线强时，光敏电阻的阻值才减小，电路中的电流才会使蜂鸣器工作，光线较暗时只有减小与光敏电阻并联的电阻才能使电路中的电流较大，使蜂鸣器发声。2.根据温度报警器的工作原理图，试分析要使报警器在更高的温度下才能

6、报警，应如何调节变阻器阻值？(科学思维)提示：热敏电阻在温度较高时，电阻较小，电路的电流较大，报警器容易报警，只有增加与热敏电阻并联的电阻才能使电路中的电流较小，热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，所以，应增加变阻器的阻值。3.归纳常见温度报警器的类型，指出它们各自的特点。(科学探究)提示：常见的温度报警器有两类，一类是单纯报警，并不切断电源，这类报警器把热敏电阻直接接入电路中。另一类是温度控制，达到设定的温度之后自动切断电源，这类温控器一般都使用热敏电阻和继电器相配合。【实验素养迁移】类型1 实验操作【典例1】为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制

7、，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系图甲中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。 (2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗，照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP

8、(符号 ，阻值见表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R1=10 k，R2=20 k，R3=40 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。(3)根据图乙的电路图，连接图丙的实物图。【解题指南】解答本题要注意以下三点：(1)光敏电阻的阻值随光照度增加，电阻变小。(2)会用欧姆定律分析电路，电源电压是3 V，光敏电阻两端电压大于2 V时就报警，则可判断光敏电阻与固定电阻串联。(3)连接实物图时要注意电磁继电器常开时与常闭时的连接点。【解析】(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2

9、两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 k，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 k，即选用R1，电路原理图如图所示。 (3)光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，光敏电阻两端的电压就小，与光敏电阻并联的电磁铁电路电流就小，电磁铁衔铁将不能被吸住，静触点与A接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，光敏电阻两端的电压就大，电磁铁线圈中流过的电流就大，所以静触点与C接通，电路接通。所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在BC之间。电路图如图所示。 答案：见解析类型2

10、数据处理【典例2】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过70 时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过IC时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 )，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 )，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，IC约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在70 时阻值为600.0 。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应

11、选用滑动变阻器_(选填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_；滑动变阻器的滑片应置于_(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_。将开关向_(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。【解题探究】(1)热敏电阻的特性是什么？提示：该热敏电阻为负温度系数热敏电阻，温度升高后，阻值会变小。(2)为了使热敏电阻的温度达到或超过70 时，系统报警，怎样调节接入电路中的滑动变阻器？提示：已知热敏电阻在70 时阻值

12、为600.0 ，电路中的电流为10 mA，先把电阻箱接入电路中，调整电阻箱的示数为600.00 ，让滑动变阻器从最大值开始逐渐减小电阻阻值，当报警器开始报警时，固定滑动变阻器滑片的位置，再用热敏电阻代替电阻箱接入电路中。【解析】(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时，对整个回路有U=IC(R滑+R热)代入数据可得R滑=1 200.0 ，因此滑动变阻器应选择R2。(3)在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为600.0 。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I= A=0.03

13、A=30 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。答案：(1)图见解析(2)R2(3)600.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏c报警器开始报警类型3 实验创新【典例3】高二物理课外兴趣小组的一同学在科技创新大赛中根据所学物理知识设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”，如图(a)所示，它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景。它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，压敏电阻阻值与压

14、力的关系如(b)图所示，工作电路中的电控照相机就工作，拍摄违规车辆。光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光。(1)要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到_(选填“红”“绿”或“黄”)光时自动闭合；(2)已知控制电路电源电动势为6 V，内阻为1 ，继电器电阻为9 ，当控制电路中电流大于0.06 A时，衔铁会被吸引。则只有质量超过_kg的车辆违规时才会被记录。(重力加速度取10 m/s2)【解析】(1)因是闯红灯违规证据模拟记录器，故光控开关应在接收到红光时自动闭合。(2)由闭合电路欧姆定律I= 可得， 0.06 A时，其中继电器电阻R1=9 ，可解出R90

15、，再由R-F图像可读出当R=90 时F=4 000 N，由G=mg可求出m=400 kg，故只有质量超过400 kg的车辆违规时才会被记录。答案：(1)红(2)400【创新评价】创新角度创新方案开关控制方法用压力与光学传感器串联(逻辑电路)开关来替代常用的电磁继电器开关考查角度考查闭合电路欧姆定律，电学知识与力学知识的有机结合课堂素养达标1.某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制。这是利用半导体的()A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用了【解析】选B。路灯中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制

16、电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确。2.(多选)如图是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计。则下列说法正确的是()A.温度低于警戒温度时，电铃报警B.温度高于警戒温度时，电铃报警C.温度低于警戒温度时，控制电路处于开路状态且指示灯亮D.温度高于警戒温度时，控制电路处于通路状态且指示灯亮【解析】选B、C。当温度低于警戒温度时，控制电路处于开路状态，电磁铁线圈没有电流通过，电磁铁没有磁性。此时指示灯通过常闭触点与工作电源接通，指示灯亮，选项C正确；温度升高，水银面上升，因水银是导体，当温度上升到金属丝下端所指温度时，控制电路被接通，电磁铁线圈就有

17、电流通过，电磁铁产生磁性吸引衔铁，使触点开关闭合，工作电路形成回路，电铃就响起来，发出报警信号，指示灯灭，选项A、D错误，B正确。故选B、C。3.如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断()A.=B.D.不能确定和的关系【解析】选B。光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当用手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以用欧姆表测电阻时，阻值越大，指针偏角越小，所以选项B正确。4.(多选)如图是电容式声波传感器的示意

18、图，该电路可将声音信号转化为电信号。该电路中右侧金属板b固定不动，左侧是能在声波驱动下沿水平方向左右往复运动的镀有金属层的振动膜a，a、b构成了一个平行板电容器，且通过导线与稳压电源正、负极相接，a随声源S振动而左右往复运动。下列有关分析正确的是()A.a左右往复运动过程中，a、b板构成的电容器的电容不变B.a左右往复运动过程中，b板所带的电荷量不断变化C.a左右往复运动过程中，a、b板之间的电场强度不断变化D.a左右往复运动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流【解析】选B、C。由于平行板电容器两极板与电源两极始终连接，两板间的电压U保持不变，根据电场强度公式E= 、电容的决定式C= ，A

19、错，C对；a、b板所带电荷量Q=CU，电容C变化导致Q变化，B对；由于声源S在水平方向做周期性的往复振动，电容C不断变化导致电荷量Q不断变化，所以电容器出现周期性的充电、放电现象。显然，电流计中电流方向不断变化，D错。5.某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整。请完成以下问题： (1)图中的甲还需要放入的元件是_。A.二极管B.光敏电阻C.NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)D.PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比

20、预期偏低了一点点。要求在温度更高一点时开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往_(选填“左”或“右”)移动一点。【解析】(1)根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮；温度升高，热敏电阻阻值减小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下。所以图中的甲还需要放入的元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，故选C。(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏低了一点点，是在热敏电阻的电阻值比较大的时候就报警，说明电路中滑动变阻器的电阻较小，要求在温度更高一点时开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器的电阻值大一些

21、，则需要将滑片往左移动一些。答案：(1)C(2)左6.电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)光强E/cd12345电阻值/18963.6(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为_。(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是_(填序号)。【解析】(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 cd不变，则当E=4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx= =4.5 。(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I= 可知，电路中的电流增大，由U=IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，