新教材2023-2024学年高中物理第5章传感器3利用传感器制作简单的自动控制装置课件新人教版选择性必修第二册

第五章3利用传感器制作简单的自动控制装置学习目标1.了解门窗防盗报警器的原理。(物理观念)2.了解光控开关的原理。(物理观念)3.培养实验动手能力,体会物理知识在实际中的应用。(科学探究)4.体验从原理到应用的过程,培养科学严谨的学习态度和勇于探索的创新精神。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、门窗防盗报警装置1.实验目的了解门窗报警装置的原理。2.实验原理闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。实验原理图如图所示。3.实验器材电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。4.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,观察簧片能否正常动作。(2)确定各元件可以正常工作后,连接电路。(3)接通电源后,将磁体先后靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。二、光控开关1.实验目的了解光控开关的原理。2.实验原理当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。实验原理图如图所示。3.实验器材可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。4.实验步骤(1)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。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。易错辨析(1)随着光照的增强,光敏电阻的电阻值逐渐减小。(

)(2)热敏电阻可以把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(

)(3)金属热电阻是由金属制成的。(

)√√√重难探究·能力素养全提升探究点电磁继电器与自动控制【例题】

现有负温度系数的热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示,试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。答案

见解析

解析

电路图如图所示。

工作过程:闭合S,当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,K接通电炉丝加热,当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热。当温度低于设计值,又重复前述过程。方法技巧

设计自动控制电路的一般思路(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通过电磁继电器相关联,电磁继电器实际上是工作电路的开关。(2)分析自控电路的合理性。电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯发光。学以致用·随堂检测全达标123451.(电磁继电器)如图所示,某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是(

)A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联A解析

A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,故正确选项为A。123452.(自动控制)(多选)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是(

)A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中AD123453.(自动控制)(多选)某仪器内部的电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时,两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是(

)A.当汽车加速前进时,甲灯亮B.当汽车加速前进时,乙灯亮C.当汽车刹车时,甲灯亮D.当汽车刹车时,乙灯亮BC12345解析

当汽车加速前进时,金属块M向后偏离原位置,乙灯所在电路被接通,所以乙灯亮,选项A错误,选项B正确;当汽车刹车时,金属块M向前偏离原位置,甲灯所在电路被接通,所以甲灯亮,选项C正确,选项D错误。123454.(光控电路的分析)为设计一个白天自动关灯,黑夜自动开灯的自动控制装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、电磁继电器、电池、交流电源、开关、导线和灯泡等。(1)用导线连接各仪器。(2)简述其工作原理。

12345答案

(1)电路连接如图所示。

(2)当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路中电流增大,电磁继电器B工作,吸住衔铁使触点断开,灯泡熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路中电流减小,弹簧将衔铁拉起,使触点接通,灯泡点亮。123455.(报警系统的电路分析)小明利用热敏电阻设计了一个过热自动报警电路,如图甲所示。将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。甲

乙12345(1)由图乙可知,当环境温度为40℃时,热敏电阻阻值为

Ω。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将

,继电器的磁性将

。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)

(2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱

相连,指示灯的接线柱D应与接线柱

相连。(均选填“A”或“B”)

(3)图甲中线圈下端P的磁极是

(选填“N”或“S”)极。

(4)请计算说明,环境温度在什么范围内时,警铃报警。环境温度大于等于80℃时,警铃报警。70减小增大BAN12345解析

(1)分析乙图可知,热敏电阻40

℃对应的阻值为70

Ω。温度升高时,热敏电阻阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中电流增大,电磁铁的磁性增大。(2)当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。(3)分析电流的流向,根据安培定则可得到线圈的