高中物理(新教材)选修二课件4：5-3利用传感器制作简单的自动控制装置 人教版

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置第五章传感器知识准备普通二极管和发光二极管①都具有单向导电性。②发光二极管除了具有普通二极管的单向导电性外,导电时还能发光,它小巧玲珑颜色鲜艳,又很省电,许多家用电器上都用发光二极管作指示灯。门电路①对于与门电路,只要一个输入端输入为“0”,则输出端一定是“0”,只有当所有输入都为“1”时,输出才是“1”。②对于或门电路,只要有一个输入端输入为“1”,则输出一定是“1”,只有当所有输入都为“0”时,输出才是“0”。③非门电路中,当输入为“0”时,输出总是“1”,当输入为“1”时,输出反而是“0”。非门电路也称反相器。斯密特触发器斯密特触发器性能特别,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V),Y会从低电平跳到高电平。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,而这正是进行光控所需要的。逻辑电路的高低电平在逻辑电路中,常把电势的高低叫作电平的高低,“输出低电平”的意义是输出端处于低电势的状态。斯密特触发器是具有特殊功能的非门,常用符号表示。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮。当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。知识点一、门窗防盗报警装置电路如图所示。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。实验器材干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。实验器材干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。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，按照图所示连接电路。(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。光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭?知识点二、光控开关实验目的:了解光控开关的工作原理,练习用传感器制作自动控制设备。实验器材:斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸。工作原理:甲图(二极管光控电路):白天,光照强度较大时,光敏电阻RG阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;傍晚,当光照强度小到一定程度时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6V,输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了),这样就达到了使路灯天亮自动熄灭、天暗自动开启的目的。工作原理:乙图(路灯光控电路):天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈中不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。工作原理:乙图(路灯光控电路):天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈中不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。在本实验中,要想在天更暗时路灯才会亮,应该如何调节R1的阻值大小?提示:应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输入端A的电压达到某个值(如1.6V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗。实验步骤:①按照实验电路图将各元件组装到集成电路实验板上。②检查各元件的连接,确保无误。③接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。④用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。⑤逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。【例1】如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图,试说明其工作原理。点拨:只有正确理解斯密特触发器的特点,才能合理解释它在电路中的作用。解析:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使楼道内灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,楼道内灯熄灭。答案:见解析题后反思

不能掌握斯密特触发器的特点,不能根据R1的变化判断输入端A的电势高低变化是解答该题的两大障碍。1.如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则()A．A为低电平，LED发光 B．A为高电平，LED发光C．A为低电平，LED不发光D．A为高电平，LED不发光课堂训练解析：A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确。答案：BC2.如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻。A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮。下列说法正确的是()A．天黑时，Y处于高电平 B．天黑时，Y处于低电平C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮解析：天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确。答案：BC3．某同学想把房间窗帘改成自动开启、自动关闭的，他的设想是：白天房间要透光，也要防止太阳光直射室内，因此要用薄纱型的窗帘；傍晚太阳下山后，要用厚绒的窗帘，请你帮他设计电路，选购器材并画好电路图。解析：如图所示，白天光照很亮，照射到光敏控制器上，电阻很小，电流较大，电磁铁磁性强，吸引衔铁向下，使得触点b、c接触，电动机乙转动，关闭薄纱窗帘，同时应拉开厚绒窗帘；傍晚后光线很暗，光敏控制器接收光照少，电阻变大，电流很小，电磁铁磁性非常弱，弹簧将衔铁拉起，使b、a接触，电动机甲转动，拉开薄纱窗帘，同时关闭厚绒窗帘。答案：见解析备用工具&资料3．某同学想把房间窗帘改成自动开启、自动关闭的，他的设想是：白天房间要透光，也要防止太阳光直射室内，因此要用薄纱型的窗帘；傍晚太阳下山后，要用厚绒的窗帘，请你帮他设计电路，选购器材并画好电路图。2.如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻。A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮。下列说法正确的是()A．天黑时，Y处于高电平 B．天黑时，Y处于低电平C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮门电路①对于与门电路,只要一个输入端输入为“0”,则输出端一定是“0”,只有当所有输入都为“1”时,输出才是“1”。②对于或门电路,只要有一个输入端输入为“1”,则输出一定是“1”,只有当所有输入都为“0”时,输出才是“0”。③非门电路中,当输