5.3利用传感器制作简单的自动控制装置教学设计高二下学期物理人教版选择性

课题第3节利用传感器制作简单的自动控制装置课型新授课教学内容分析本节课程主要研究了光敏电阻、热敏电阻以及电阻应变片的工作原理，及其在现实生活中的应用，认识到传感器主要是用来完成一定的控制任务，通过对本节知识的学习学生可以尝试使用常见的电子元器件，组装实用的光控开关与温度报警电路。学习者分析在本课程中，我们将引导学生利用传感器制作简单的自动控制装置，让学生更深刻地理解传感器和自动化控制的本质。同时，本课程还将培养学生的动手实践能力和科学研究能力，让学生通过自己的实践体验，感受到物理学科的魅力。学习目标确定物理观念：1.了解门窗防盗报警装置的原理。2．了解光控开关的原理科学思维：通过阅读教材和实验观察，了解几种常见传感器的工作原理，知道它们的特性及其在生产生活中的应用。科学探究：通过利用传感器制作简单的自动控制装置的实验过程，培养学习兴趣，增强实践意识和能力。科学态度与责任：通过实验演示、动手操作仪器，让学生体验传感器的特点，将理论联系实际。学习重点难点教学重点：设计方案及其工作原理教学难点：动手实践能力5.学习评价设计6.学习活动设计教师活动学生活动环节一：新课引入教师活动1一.引入新课你了解哪些敏感元件？如何利用这些敏感元件制作自动控制装置？二.进行新课（一）门窗防盗报警装置1.认识和利用干簧管——非电学量转换为电路的通断2.分析教材图5.31对应的装置3.分析教材图5.32对应的电路的工作原理4.实验操作（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，按照图5.32所示连接电路。（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。5.例1：如图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图。安装时，将磁条固定在门上，主机安装在与其等高的门框边缘，门关上时，两者刚好靠近在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是()A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的B．触发器可以由铜制成C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电流的磁效应工作的解析当主机开关闭合、门关上时，磁条与触发器刚好靠近在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时开关是闭合的，选项A正确；触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；磁条无论哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点，选项D错误。答案A（二）光控开关1.初步认识三极管三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种。三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大2.电路工作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。3.实验操作（1）按照图5.35所示连接电路，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。4.例2如图所示是用三极管控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。解析天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，基极电压较小，三极管断路，工作电路不通。天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、线圈A、三极管集电极和发射极到达电源负极的电路被导通，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。天明后，RG阻值减小，基极电压较小，三极管断路，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。三、总结：（见板书设计）学生活动1学生思考回答讨论与交流电路工作原理：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。活动意图说明：学生讨论，教师借机导入新课。由已知内容过度进入未知内容，能有效激发学生的求知欲。7.板书设计利用传感器制作简单的自动控制装置1．门窗防盗器实验中，连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁铁直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作。2．安装实验装置时，要使磁铁正对干簧管。3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应把R1的阻值调大些。8.作业与拓展学习设计自动控制电路的设计及组装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、敏感元件(光敏电阻、热敏电阻或其他敏感元件)、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)、导线组成。这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关。(2)分析自动控制电路的合理性。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，比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。(3)如果在调试报警器达到最低报