【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第5章第2节科学制作简单的自动控制装置课件

第5章第2节科学制作:简单的自动控制装置学习目标思维导图1.了解与传感器技术相关的物理知识。(科学思维)2.会设计并制作光报警装置和温度报警装置。(科学探究)3.通过实验,会利用传感器制作简单的自动控制装置。(科学探究)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、实验目的和器材1.实验目的:(1)设计并制作

报警装置;(2)设计并制作

报警装置;(3)了解制作报警装置的工作原理。

2.实验器材:

电阻、

电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。

想一想热敏电阻和光敏电阻各有什么特点?光

温度光敏热敏提示

温度变化,热敏电阻的阻值改变;光照越强,光敏电阻的阻值越小。

二、设计并制作光报警装置1.光报警装置电路图如图所示,根据实验原理图组装电路,要求光报警器在一定

下报警。

2.光报警器工作原理:R为光敏电阻,R的阻值随光照强度的增强而减小,当R变小时,回路的总电阻R总

,根据

得,干路中的电流

,蜂鸣器两端的电压U=I总RS

,当蜂鸣器两端的电压

到某一值时,装置报警。

亮度变小变大变大增大想一想某市为了节约能源,合理地使用路灯,要求路灯夜晚亮、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。这是利用半导体的什么特性?提示

题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性。三、设计并制作温度报警装置1.温度报警装置电路图如图所示,根据实验原理图组装电路,要求温度报警器在一定的

下报警。

2.温度报警器工作原理:RT为负温度系数热敏电阻,RT的阻值随温度的升高而减小,当RT变小时,回路的总电阻R总

,根据

得,干路中的电流

,蜂鸣器两端的电压U=I总RS

,当蜂鸣器两端的电压

到某一值时,装置报警。

温度变小变大变大增大想一想如图所示,此温度自动报警器的原理是什么?提示

此温度自动报警器的原理是当温度达到一定值时,温度计内水银上升,因为水银是导体,控制电路会接通,电磁铁产生磁性,将衔铁吸引,报警电路接通,电铃响,起到报警作用。易错辨析

判一判(1)通常的传感器可以直接用来进行自动控制。(

)(2)传感器可以用来采集信息。(

)(3)传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量。(

)(4)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。(

)×提示

传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的,不能直接用来进行自动控制。√√×提示

传感器是将感受到的非电学量转换为电学量的仪器,不同的传感器感受不同的信号,比如:光敏电阻在有光照射时,电阻会变小。即学即用

练一练1.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置,下列说法正确的是(

)A.两个传感器都是光电传感器B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作B解析

题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动,由此可见两个传感器一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需满足光照或温度升高一个条件即可,选项A、C、D错误,选项B正确。2.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时(

)A.RM变大,且R越大,U增大越明显B.RM变大,且R越小,U增大越明显C.RM变小,且R越大,U增大越明显D.RM变小,且R越小,U增大越明显C解析

当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据

,得干路中的电流变小,S两端的电压U=I总RS变小,故选项A、B错误;当RM变小时,回路的总电阻R总变小,根据

,得干路中的电流变大,S两端的电压U=I总RS变大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻变化的影响越明显,故选项C正确,选项D错误。重难探究·能力素养全提升探究自动控制电路的分析与设计情境探究如图所示是自动水位报警的示意图,其中继电器的线圈通过电流时,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触。若要求水位正常时绿灯亮,高出一定水位时红灯亮,现有红、绿灯泡各一个。(1)红灯泡应安在什么位置?(2)绿灯泡应安在什么位置?要点提示

(1)水位正常时,线圈中没有电流,衔铁1与触头3接触,这时应绿灯亮,所以绿灯泡应安在A位置。(2)当高出一定水位时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触,这时应红灯亮,所以红灯泡应安在B位置。知识归纳设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行。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。应用体验典例

某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC线性热敏电阻RT(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT=a+kt,a>0,k>0)。设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作。(1)按电路图连接好实验器材。(2)将滑动变阻器滑片P滑到

(选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于

(选填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表

,并在以后的操作中保持滑片位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。

(3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5℃,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式I=

(用题目中给定的符号表示)。

(4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在

(选填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?

(选填“是”或“否”)。

ac满偏

右否解析

(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法,所以闭合开关前,使它的阻值处于最大值状态,即将滑片P滑到a端。为了设计表盘刻度,应使开关掷于c处,调节滑片,使电流表满偏。(4)因为RT=a+kt(且a>0,k>0),所以温度越低,电阻越小,回路中I越大,所以低温刻度在右侧,由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系,所以刻度线分布不均匀。规律方法

由题可知,该实验的原理是利用闭合电路的欧姆定律,测出不同温度条件下通过电阻的电流,然后将电流与温度相对应,把电流表改装为温度计。结合该原理,需要先选取电路中合适的变阻器电阻值,然后测定不同温度下的电流,最后标注即可。针对训练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(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。70减小增大BAN环境温度大于等于80℃时,警铃报警。

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下端P的磁极是N极。

(4)当线圈中的电流I=50

mA=0.05

A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警。控制电路的总电阻为

=60

Ω。热敏电阻为RT=R总-R0=60

Ω-30

Ω=30

Ω,由图乙可知,此时t=80

℃,即当温度t≥80

℃时,警铃报警。学以致用·随堂检测全达标12341.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是(

)A.洗衣机不加水B.洗衣机加水不能自动停止C.洗衣机不排水D.洗衣机不洗衣C解析

洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水,所以A、B可能,而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作,所以D可能,故选C。12342.(多选)在如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明(

)A.温度越高热敏电阻阻值越小B.温度越高热敏电阻阻值越大C.半导体材料温度升高时,导电性能变差D.半导体材料温度升高时,导电性能变好AD解析

由电流表的变化判断半导体的电阻的变化,温度升高时,电路中总电流增大,由闭合电路欧姆定律可知,总电阻减小,则热敏电阻阻值减小,导电性能变好,故A、D正确。12343.如图所示是继电器的原理图,当在接线柱2、3间接入电源时,电磁铁便将