新教材2025版高中物理第五章传感器3.传感器的应用举例4.自制简单的控制电路学生用书教科版选择性必修第二册

3.传感器的应用举例4．自制简洁的限制电路课标要求1．知道电熨斗、电饭锅、火灾报警器的工作原理．2．了解汽车中的相关传感器．3．能够利用所学学问制作简洁的限制电路．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、传感器的应用举例1．温度传感器的应用——电熨斗(1)工作特点：金属底板温度达到设定温度后不再升温，当底板温度降低到肯定温度时又会接着加热，即底板总能保持在肯定温度范围内．(2)传感器类型：____________温度传感器．(3)温度调整：通过旋转调温旋钮的________．2．温度传感器的应用——电饭锅(1)工作特点：煮饭时按下________后自行完成烹煮过程．(2)传感器类型：________________．(3)温度限制：感温铁氧体在温度达到________℃(居里点)时失去磁性，加热开关断开．3．光传感器的应用——火灾报警器(1)工作特点：当密闭空间出现火灾时报警．(2)传感器类型：遮光型和________型光传感器．(3)工作原理：照耀到____________上的光强发生改变时，破坏电路的正常状态而报警．二、自制简洁的限制电路1．光控LED灯：有光照的状况下，光敏电阻的阻值________，基极与放射极间电压________，发光二极管不能导通；无光照时间敏电阻阻值________，基极与放射极间电压________，发光二极管导通．2．温度报警器：接通电源后常温下蜂鸣器不发声，当温度到达某一值时________电阻阻值减小到某一值，可使蜂鸣器发出报警声．[导学]电熨斗和电饭锅中运用的温度传感器类型不同，前者是热双金属片，后者是感温铁氧体．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一传感器的应用实例归纳总结1.温度传感器的应用——电熨斗(1)温度传感器：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动限制．(2)电熨斗的自动控温原理：其内部装有双金属片温度传感器，如图所示：常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分别，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片复原原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动限制温度的作用．2．温度传感器的应用——电饭锅(1)结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了．(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温铁氧体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，起先工作，电饭锅内温度上升，当达到103℃时，感温铁氧体与永磁体分别，带动触点分别，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作．3．光传感器的应用——火灾报警器(1)遮光型光电式烟雾报警器(图b)的发光元件和受光元件是正对的．正常状况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照耀到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报．发生火灾时烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照耀到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号．(2)散射型光电式烟雾报警器(图c)中，发光元件和受光元件不是正对的．正常状况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照耀到受光元件上，电路维持正常状态．而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照耀到受光元件上，由此发出报警信号．典例示范例1(多选)如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是限制电路的通断．下列说法中正确的是()A．当温度上升时，双金属片下层的膨胀大于上层B．常温下，电熨斗的上下触点是分别的C．当温度过高时，双金属片向下弯曲D．熨烫棉麻衣物须要设定较高的温度，这时调整调温旋钮使调温旋钮下降素养训练1(多选)电饭锅工作原理电路如下图所示．下列关于电饭锅工作原理的说法中，正确的有()A.必需手动按下开关按键后，电饭锅才能起先正常工作B．插上电源插头后，电饭锅即正常工作，直至饭煮熟C．感温铁氧体的作用是在锅内温度达到103℃时失去磁性，再在弹簧的作用下使电路断开D．通过图示电路即可实现加热和自动保温功能素养训练2如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮的挡板．平常间电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是()A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出改变发出警报B．光电三极管温度上升，电阻变小，检测电路检测出改变发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确探究点二简洁的限制电路归纳总结设计自动限制电路时，一般依据以下的思路进行：(1)依据题目给出的仪器和要求画出限制电路和工作电路：限制电路由电源、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，又通过继电器相关联，继电器事实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，用光照耀光敏电阻或给热敏电阻加热，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，使路灯点亮发光．典例示范例2光敏电阻在各种自动扮装置中有许多应用，其中有可用于路灯自动限制的开关．如图所示为试验所用器材，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流放大器，D为路灯，请连成电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果，并说明此电路的工作原理．素养训练3为了节能和环保，一些公共场所运用光控开关限制照明系统．光控开关可采纳光敏电阻来限制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生改变的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)依据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度改变的曲线，并说明阻值随照度改变的特点________．(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，限制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简洁电路．给1、2两端供应电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑限制开关对所设计电路的影响)供应的器材如下：光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干．素养训练4现要组装一个由热敏电阻限制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过120℃时，系统报警．供应的器材有：热敏电阻(该热敏电阻的阻值随温度的上升而减小，在120℃时阻值为700.0Ω)；报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏)；电阻箱(最大阻值为999.9Ω)；直流电源(输出电压为U约为18V，内阻不计)；滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)；单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调整，调整的报警系统原理电路图如图所示．(1)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)．(2)依据下列步骤调整此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，依据试验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端旁边，不能置于另一端的缘由是________．②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________．(3)滑动变阻器滑片的位置________(选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”)，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常运用．(4)若要将此系统改为光敏电阻限制的报警系统，要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650Ω，则需将上述电路中的________换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到________Ω，然后重复上述操作即可．随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1．如图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装．当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是()A．光传感器B．压力传感器C．声音传感器D．温度传感器2．(多选)某同学发觉他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮．后来老师告知他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来限制的，其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是()A．白天有光照时，光传感器自动闭合B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合3．如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简洁的恒温限制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的上升而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成限制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则()A.当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度上升到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在A、C端4．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，假如感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是()A．常温下感温磁体具有较强的磁性B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米汲取，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不行能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起3．传感器的应用举例4．自制简洁的限制电路必备学问·自主学习一、1．(2)热双金属片(3)升降螺丝2．(1)手动开关(2)感温铁氧体(3)1033．(2)散射(3)受光元件二、1．小小大大2．热敏关键实力·合作探究探究点一【典例示范】例1解析：平常温度低，双金属片膨胀几乎相同，上下触点接触在一起；电热丝通电加热，双金属片温度上升，双金属片膨胀系数上层大下层小，温度升到肯定时双金属片向下弯曲使触点断开，故A、B错误，C正确．须要较高温度熨烫时，要调整调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度要更高一些，故D正确．答案：CD素养训练1解析：由于有弹性铜片的存在，必需手动按下，磁铁和感温铁氧体吸合后才能起先工作，A正确，B错误；当温度上升到103℃，软铁内分子热运动加剧，软铁无法被磁化，永久磁铁对其不再有吸力，电路断开，C正确；通过题图示电路只能实现加热和自动断开功能，没有保温功能，D错误．答案：AC素养训练2解析：火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报．所以该传感器是用光传感器实现报警的，故A、B、D错误，C正确．答案：C探究点二【典例示范】例2解析：如图所示．原理：白天，光照强，光敏电阻A阻值小，限制电路中电流大，电磁铁磁力强，将衔铁吸合，两触点分别，路灯电路不通，灯不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏电阻A阻值大，限制电路中电流小，电磁铁磁力弱，衔铁向上移使两触点接触，路灯电路接通，灯亮．答案：见解析素养训练3解析：(1)光敏电阻的阻值随光照改变的曲线如图所示．特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小．(2)电路原理图如图所示．限制开关自动启动照明系统，给1、2两端供应电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时间敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1.答案：见解析素养训练4解析：(1)电压为18V，而报警时的电流为10mA；此时电阻约为：R＝1810×10-3Ω＝1800Ω；而热敏电阻的阻值为700Ω，故滑动变阻器接入电阻约为1100Ω，故应选择R2答案：(1)R2(2)①700.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器起先报警(3)不变(4)热敏电阻650随堂演练·自主检测1．解析：火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报．所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B、C、D错误，A正确．答案：A2．解析：白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，故D错误．答案：BC3．解析：当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误．当温度上升到某一数