新人教版实验十七利用传感器制作简单的自动控制装置学案

实验十七利用传感器制作简单的自动控制装置【素养目标】1.门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能．在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置．当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭.2.光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭．即在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动关闭．必备知识·自主落实实验一门窗防盗报警装置1．实验电路图2．实验步骤(1)连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作．用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作．(2)确定各元件可以正常工作后，按照电路图连接电路．(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．3．注意事项(1)检查干簧管的簧片是否能正常开合．(2)确定各元件可以正常工作后．按照设计的电路图连接电路．连接发光二极管时要注意将其正、负极与电源正、负极对应连接．实验二光控开关1．实验电路图2．实验步骤(1)按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源．(2)让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．(3)遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光．(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭．3．注意事项(1)安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接．(3)如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察．关键能力·精准突破考点一教材原型实验例1如图所示是具有自动报警功能的防盗门，它利用干簧管作为传感器，继电器(虚线方框部分)作为执行装置．下列说法不正确的是()A．当门紧闭时，磁体M处在干簧管SA里面，开关c与b接通B．当门紧闭时，磁体M处在干簧管SA里面，开关c与a接通C．当门被推开时，磁体M离开干簧管SA，继电器被断电，开关c与b接通D．当门被推开时，磁体M离开干簧管SA，开关c与b接通，蜂鸣器H发声报警[解题心得]例2光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭，如图所示是利用光敏电阻和晶体三极管制作的光控开关的原理电路图．当天色逐渐变暗时，LED灯自动点亮，下列说法正确的是()A．光敏电阻RG逐渐变小B．光敏电阻RG的电压变小C．晶体三极管被断开D．如果想要在更暗的时候LED灯被点亮，应将R1调大一点[解题心得]针对训练1.[2023·福建龙岩教学质检]为了节能环保，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，光敏电阻是阻值R随光的照度I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)．(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示，根据表中的数据，请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并判断光敏电阻的阻值R与照度I________(选填“是”或“不是”)成反比关系．照度I/lx阻值R/kΩ(2)图乙为街道路灯自动控制电路，利用直流电源E为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(选填“AB”或“CD”)之间．(3)已知线圈的电阻为140Ω，直流电源E的电动势E＝36V，内阻忽略不计．当线圈中的电流大于10mA时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器R′的阻值应调为________Ω时，才能使天色渐暗，照度低于lx时点亮路灯．(4)使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，变阻器R′的阻值应适当调________些(选填“大”或“小”)．考点二探索创新实验例3[2022·河北卷]某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示．选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)．自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2，(阻值均为1kΩ)；指示灯L1和L2(V，W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T.(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________．(多选)A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常．在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件．下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母)．A．将选择开关旋转到“×100”位置B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D．测量指示灯L1两端的阻值E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡(3)操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是________断路损坏；若指针如图4所示，可判断是________断路损坏．(用电路中的元件符号表示)[解题心得]针对训练2.[2023·湖北部分学校联考]某同学用热敏电阻制作高温报警器．实验器材如下，热敏电阻Rx、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡(额定电压V)、保护电阻r(阻值5Ω)、变阻箱R(0～9Ω)、电池组两组(内阻不计)、多用电表(有温度挡)、铁架台、烧杯、开关及导线若干．(1)如图(a)所示是该热敏电阻的R－t曲线，由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而________(选填“减小”“不变”或“增大”)．(2)如图(b)是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置，实验发现控制电路不工作，合上开关S，用多用电表排查电路故障，则应将如图(c)所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)，若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时多用电表的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入热敏电阻两端时多用电表的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)．(3)根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻Rt达到设定温度时，电磁继电器应自动吸合，报警装置报警．已知控制电路电池组电动势为6V，实测电磁继电器正常吸合时的电流为mA～mA，继电器内阻为Ω，如果设置报警温度为55℃，至少应将变阻箱的电阻R调节到________Ω.想要让报警器在高温报警中更加“敏感”(即温度不是太高就报警)，需要________(选填“增大”“减小”或“不变”)变阻箱的电阻．实验十七利用传感器制作简单的自动控制装置关键能力·精准突破例1解析：当门紧闭时，磁体处在干簧管里面，继电器接通，开关c与a接通，LED灯亮，当门被推开时，磁体离开干簧管，继电器断电，开关c与b接通，LED灯不亮，蜂鸣器H发声报警，选项B、C、D正确，A错误．答案：A例2解析：由光敏电阻的特性可知，光照越暗，电阻越大，所以光敏电阻的分压就越大，这时晶体三极管被导通，想要在更暗的时候接通LED灯的开关，这时光敏电阻就要更大，R1电阻也必须变大，选项D正确．答案：D1．解析：(1)如图所示．若光敏电阻的阻值R与照度I成反比关系，则有RI的值为定值，由图像中各点的数据可得×＜×＜×＜×＜×＜×，可知光敏电阻的阻值R与照度I不是反比关系．(2)由于天亮时照度较大，光敏电阻的阻值较小，电路中的电流较大，衔铁被吸下，AB所在支路断开，CD所在支路接通，故灯泡应接在AB间．(3)由题意可知，当照度降到lx时，电路电流降低到10mA，此时电路中的总电阻为R总＝EI＝3610×10-3Ω＝3600Ω，此时光敏电阻的阻值为R＝2000Ω，则滑动变阻器R′的阻值应调为R′＝R总－R－R线＝3600Ω－2000Ω－140Ω＝(4)使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，说明在天色更亮时电路电流就降到了10mA，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，应使天色更亮时电路电流大于10mA，应使控制电路的总电阻适当减小，故应将变阻器R′的阻值适当调小些．答案：(1)见解析图不是(2)AB(3)1460(4)小例3解析：(1)按下S1，L2短路，不发光，L1发光，A错误；当锅内温度高于103℃时，S1断开，而要温度降到70℃以下时S2才会闭合，则此时L2可能发光，此时电路中R与R1和L1的串联部分并联，并联的整体再和L2、R2串联，则回路中并联的整体电阻RL＝Ω，R并＝Ω，则回路总电阻R总＝1Ω.则回路总电流I总＝220R总＝A，则L2一定发光，此时并联的整体的电压为U并＝I总R并＝则流过L1的电流为IL1＝U并RL1+R1＝则流过L1的电流小于30mA，则L1熄灭，B错误；保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换，C正确；当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2短路，L2熄灭，D正确．(2)断开电源，使用多用电表欧姆挡判断发生故障的元件，多用电表的操作步骤为：调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度——机械调零；将选择开关旋转到“×100”位置——选挡；将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点——欧姆调零；测量指示灯L1两端的阻值——测量；将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡——关闭多用电表．故正确顺序为CABDE.(3)操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触．由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图3可看出L1两端有1090Ω左右的电阻，则说明L1始终不亮的原因是L1断路损坏．由于使用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，则说明R、L2、R2、T均正常，如图4可看出欧姆表的示数几乎为零，但由于RL＝Ω，此时选用的是“×100”挡说明灯泡L1正常．所以L1始终不亮的原因是R1断路损坏．答案：(1)CD(2)CABDE(3)L1R12．解析：(1)由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．(2)合上开关S，应用多用电表的直流电压挡去排查电路故障，故应将选择开关旋至C.若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入