新教材适用2024-2025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学案新人教版选择性必修第二册

3.利用传感器制作简洁的自动限制装置课程标准1．了解门窗防盗报警装置的原理。2．了解光控开关的原理。3．通过练习电子电路的组装，获得对自动限制电路的感性相识。素养目标1．物理观念：知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能；了解门窗防盗报警装置及其工作原理；了解光控开关电路及其限制原理。2．科学思维：会利用传感器制作简洁的自动限制装置。3．科学看法与责任：在试验中体验从原理到应用的过程，增加理论联系实际的意识，培育学生科学严谨的学习看法。试验门窗防盗报警装置一、试验目的1．了解门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理。2．练习用传感器制作自动限制设备。二、试验器材干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330Ω)、蜂鸣器H(有源型)、干电池(6V)、小磁体M、开关。三、试验电路图门窗防盗报警装置电路图如图所示。四、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。若门窗被盗贼开启时，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限制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。五、试验操作(1)连接电路前，要先推断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体干脆靠近干簧管，视察簧片能否正常动作。(2)确定各元件可以正常工作后，依据电路图连接电路。(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别视察试验现象。典例剖析典例1把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关(干簧管和绕在干簧管外的线圈组成如图乙所示)、电源连成电路如甲图所示，制成光电报警装置，设计要求：当有光照时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发生，电路已经连接一部分，请将电路连接完整。思路引导：解本题需理解以下两个问题：(1)光敏电阻的特性是什么？(2)干簧管继电器开关的工作原理是什么？解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关的外面线圈两个接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路。当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声；若没有磁场时，开关自动断开。连接如图所示。对点训练❶(2024·衡阳市八中高二阶段练习)酒驾严峻危害了公共交通平安，打击酒驾现象已成为日常。如图甲为交警运用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻R1与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。(1)某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器R1、电源(电动势为9.0V，内阻未知)、电流表(满偏电流为100mA，内阻为9.5Ω)，闭合开关，四周无酒精气体，发觉电流表刚好满偏，则电源内阻为_0.5__Ω；用该仪器_不能__(选填“能”或“不能”)检测酒驾。驾驶员状态非酒驾酒驾酒精气体浓度标准(mg/mL)小于0.2大于或者等于0.2检测器状态只有绿灯亮绿灯红灯都亮(2)另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他依据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为9.0V，内阻不计，R2为定值电阻，R1为酒精气体传感器，L1、L2是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到0.7V才会发光，则红灯为_L1__(选填“L1”或“L2”)，当红灯刚亮时通过其的电流为_0.28__A(保留两位有效数字)。解析：(1)当酒精浓度为零时，R1为80Ω，电流表刚好满偏，则电源内阻为r＝eq\f(E,IA)－R1－RA＝0.5Ω，当酒精浓度增大时，总电阻减小，电流超过满偏值，说明该仪器不能检测酒驾。(2)当酒精浓度增大时，R1减小，依据“串反并同”，灯泡L1电压增大，达到0.7V会发光，说明L1是红灯；当红灯刚亮时，小灯泡电压达到0.7V，R1两端电压为8.3V，此时R1阻值为30Ω，则红灯电流为I＝eq\f(8.3,30)A≈0.28A。试验光控开关要点提炼一、试验目的模拟光控路灯依据光照的改变自动开启或关闭。二、试验器材可调电阻、限流电阻、光敏电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。三、电路图试验电路图如图所示。四、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。五、试验操作1．依据电路图连接电路，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耀，调整电阻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。假如试验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行视察。典例剖析典例2(2024·山东枣庄高二期中)电控调光玻璃能依据光照强度自动调整玻璃的透亮度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强改变关系如表所示：光强E/cd12345电阻值/Ω18964.5(“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd))(1)当光照强度为5cd时，光敏电阻Rx的大小为_3.6__Ω。(2)电控调光玻璃的原理是光照增加，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透亮度下降，反之则玻璃透亮度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，下列电路图中符合要求的是_A__(填字母代号)。ABCD(3)已知定值电阻R0＝9Ω，用电压表测得定值电阻两端的电压为3V，此时间照强度为_1__cd。解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18Ω·cd不变，则当E＝5cd时，光敏电阻的阻值Rx＝eq\f(18,5)Ω＝3.6Ω。(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增加时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由欧姆定律可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，故A正确，C错误；若玻璃与电源并联，光照改变时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。(3)当R0＝9Ω，定值电阻两端的电压U0＝3V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，Rx两端的电压Ux＝U－U0＝9－3V＝6V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝eq\f(U0,R0)＝eq\f(Ux,Rx′)，解得Rx′＝18Ω，此时间照强度E′＝eq\f(18,18)cd＝1cd。1．(多选)如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，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，继电器与传感器协作，可完成自动限制的要求，关于其工作方式，下列推断正确的是(AC)A．A、B间接限制电路，C、D间接被控电路B．A、B间接被控电路，C、D间接限制电路C．流过L的电流减小时，C、D间电路断开D．流过L的电流增大时，C、D间电路断开解析：当较小的电流经过接线柱A、B流入线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使C、D两个接线柱所连的触点接通，较大的电流就可以通过C、D带动机器工作了，A对，B错误。流过L的电流减小时，线圈L产生的磁场减弱，对衔铁P的吸引力减弱，使C、D两个接线柱所连的触点断开，C正确，D错误。2．(多选)(2024·山东临沂高二期中)在今年4月份居家躲避新冠疫情期间，张华同学利用网课的课余时间，结合所学传感器、电路的有关学问，自己在家设置了一个火警报警装置，他设计的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度上升时，R1急剧减小，当电铃两端电压低于某确定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是(BD)A．若试验时发觉当着火时装置不响，应把R2的滑片P向下移B．若试验时发觉当着火时装置不响，应把R2的滑片P向上移C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低D．增大电源电压，会使报警的临界温度上升解析：若试验时发觉当着火时装置不响，说明此时电铃两端电压比较大，应增大滑动变阻器接入的阻值，从而减小电铃两端电压，故应把R2的滑片P向上移，B正确，A错误；增大电源电压，会使原来报警时电铃两端电压增大，须要使温度接着上升，减小热敏电阻R1，从而使电铃两端电压减小到报警时的电压，故增大电源电压，会使报警的临界温度上升，D正确，C错误。3．(2024·重庆市高二期中)光敏二极管在各种自动扮装置中有许多应用，街道的路灯自动限制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是(B)A．路灯自动限制电路中的光敏二极管的阻值随光照增加而增大B．当没有光照时(夜晚)，光敏二极管所在回路中的电流很小C．依据“日出路灯确定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引D．假如换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱解析：光敏二极管有光敏电阻的特征，阻值随光照增加而减小，故A错误；依据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识，结合路灯自动限制电路中的特征，可知，没有光照时(夜晚)，触点接通，照明电路的路灯变亮，电磁铁与衔铁不吸引，电磁铁的磁性不强，所在回路中的电流很小，反之白天电磁铁与衔铁吸引，触点断开，故B正确，C错误；假如换上灵敏度更高的光敏二极管，白天在相同的光照强度下，电磁铁的磁性更强，与衔铁的吸引力更大，故D错误。4．(2024·河北沧县高二期中)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，其阻值随温度改变的图线如图甲所示，图乙是某监控温度波动的报警原理图，当报警器两端的电压改变量超出设定值时，报警器就会自动报警。(1)由图甲可知，热敏电阻R的阻值随着温度的上升而_减小__(选填“增大”或“减小”)；(2)环境温度上升，报警器两端电压_减小__(选填“增大”或“减小”)。解析：(1)由甲图可知，热敏电阻R的阻值随温度的上升而减小。(2)报警器两端的电压为串联的热敏电阻和爱护电阻两端的电压，当温度上升时，热敏电阻阻值变小，电路总电阻变小，电路总电流增大，依据闭合回路欧姆定律，内电压及滑动变阻器的电压增大，串联的热敏电阻和爱护电阻两端的电压减小，因此报警器两端电压减小。5．如图甲所示为测量硫化镉光敏电阻特性的试验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调整滑动变阻器滑片，使小灯泡发