2024-2025学年高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用学案新人教版选修3-2

PAGE8-3试验：传感器的应用1．光控开关主要元件是光敏电阻，它是用来限制路灯自动点亮、熄灭的自动限制装置．2．温度报警器温度报警器电路，如图所示．常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度上升时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势上升，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同．楼道中的声光控开关是如何限制电灯开、关的？提示：楼道中的声光控开关相当于“与”门，当白天光照好时，光控开关常开，相当于“0”，此时无论声音多大，声控开关是否闭合，灯都不亮；晚上或光线暗时，光控开关常闭，相当于“1”，此时假如有声音，声控开关闭合，即变为“1”，电路才接通，灯泡发光.考点一光控开关1．光控开关的电路图光控开关的电路图如图所示．2．工作原理(1)如上图甲所示光控电路，用发光二极管LED仿照路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω，其工作原理如下：在白天，光照强度较大，光敏电阻RG的阻值较小，加在斯密特触发器A端的电势较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到肯定程度时，RG的阻值增大到肯定值，斯密特触发器输入端A的电势上升到某个值(1.6V)，输出端Y会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明熄灭，天暗自动开启的目的．(2)由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯仿照路灯，就要用继电器来启闭另外的供电电路．如上图乙所示，天较亮时，光敏电阻RG的阻值较小，斯密特触发器输入端A的电势较低，则输出端Y输出高电平，继电器的线圈J中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG的阻值增大，斯密特触发器输入端A的电势上升，当上升到肯定值时，输出端Y由高电平突然跳到低电平，这时有电流通过线圈J，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，光敏电阻RG的阻值减小，斯密特触发器输入端A的电势渐渐降低，降到肯定值时，输出端Y突然由低电平跳到高电平，这时线圈J不再有电流通过，则继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．(Ja为继电器线圈的常开触点)1.斯密特触发器,斯密特触发器又称斯密特非门，是具有滞后特性的数字传输门.斯密特触发器具有以下两个特点：1具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压；2斯密特触发器属于“电平触发型”电路，不依靠于边沿陡峭的脉冲，它能将模拟信号转化为数字信号.2．电磁继电器的工作原理如图所示，图中虚线框内的部分即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．当线圈J通电时，电磁铁产生磁性，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通；当线圈J中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧的作用下被拉起，带动动触点D与E分别，自动切断工作电路．【例1】[多选]图甲表示斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压渐渐上升到某个值(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(0.8V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．图乙为一光控电路，用发光二极管LED仿照路灯，RG为光敏电阻．下列关于斯密特触发器和光控电路的说法中正确的是()A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B．斯密特触发器是具有特别功能的非门C．要想在天更暗时路灯才会亮，应当把R1的阻值调大些D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平常，发光二极管发光解答本题的关键：(1)知道斯密特触发器的工作原理，了解非门电路的特点及其表示符号．(2)明白光敏电阻RG的阻值的大小随光照强度的增加而减小．(3)知道二极管的单向导电性．[答案]BCD[解析]斯密特触发器是一种特别的非门，它能把连续改变的模拟信号转换为突变的数字信号，选项A错误，B正确；假如把R1的阻值调大些，则只有RG的阻值达到更大值时，才能使斯密特触发器的A端电压达到某个值(1.6V)，即达到天更暗时路灯才会亮的目的，选项C正确；当输出端Y突然从高电平跳到低电平常，发光二极管导通发光，选项D正确．总结提能对于传感器应用的试验，我们除了须要驾驭一些常见传感器的原理及其应用形式外，还应驾驭好逻辑电路中的相关学问．如逻辑电路中，常把电势的凹凸叫做“电平”的凹凸，“输出低电平”的意思是，输出端处于低电势的状态．[多选]在制作光控电路试验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发觉将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，缘由可能是(ABD)A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒C．R1阻值太小 D．灯泡被断路解析：由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，A项正确；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，晶体管不导通，灯泡不发光，B项正确，若R1阻值太小，Y端始终为低电平，灯泡始终发光，C项错误；灯泡断路时无法发光，D正确.考点二温度报警器1．温度报警器的电路图温度报警器的电路图如图所示．2．工作原理常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A为低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过峰鸣器，蜂鸣器不发声；当温度上升时，热敏电阻RT的阻值减小，斯密特触发器输入端A处电势上升，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．说明：R1的阻值不同，则报警温度不同．【例2】[多选]如图所示是温度报警器的电路原理图，下列关于该电路的分析中正确的是()A．当RT的温度上升时，RT的阻值减小，A端电势降低，Y端电势上升，蜂鸣器会发出报警声B．当RT的温度上升时，RT的阻值减小，A端电势上升，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C．当增大R1时，A端电势上升，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势上升，蜂鸣器会发出报警声解答本题的思路为：eq\x(\a\al(要使蜂鸣,器发声))→eq\x(\a\al(斯密特触发器Y端为,低电平，A端为高电平))→eq\x(\a\al(RT的阻值减小或,R1的阻值增大))[答案]BC[解析]温度上升时，热敏电阻的阻值减小，或者增大R1的阻值，都能导致输入端A的电势上升，斯密特触发器输出端Y从高电平跳到低电平，从而使蜂鸣器发出报警声．总结提能对于有关传感器应用的试验电路问题，解答时应先弄清晰电路中所用传感器的类型及其工作原理，然后依据电路特点进行分析．图中是一个报警器装置的逻辑电路图．RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端．(1)为什么在高温时电铃会响起？(2)为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应当大一些还是小一些？答案：(1)热敏电阻的温度上升，RT变小，A端的电压低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．所以应当大一些．(2)若R的值大，由于它的分压作用，使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使PX之间电压降到低电压输入，而当A端的电压降低到某一值时，Y端会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．所以应当大一些．

1．[多选]如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则(BC)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不发光解析：A为低电平常，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平常，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．2．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是(D)A．温度上升至74℃时，L1亮灯报警B．温度上升至74℃时，L2亮灯报警C．温度上升至78℃时，L1亮灯报警D．温度上升至78℃时，L2亮灯报警解析：当温度低于78°时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度上升到78°时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度上升至74℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．3．2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发觉巨磁阻效应(GMR)而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小．下列说法正确的是(C)A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高解析：假如存在磁铁矿，则巨磁阻(GMR)大幅度减小，流过巨磁阻(GMR)和R电路的电流大幅度增大，由UR＝IR知，R两端电压增大，因此，巨磁阻(GMR)两端电压减小，即A端电平上升，则非门电路输出端Z电平降低，则指示灯两端电压上升，指示灯亮，假如将电阻R调大，则A端电平调得更高，Z端输出的电平更低，则指示灯的电压更大，指示灯更亮，该探测仪的灵敏度提高，故A、B、D错，C正确．4．如图所示：1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路．说明这种简洁温度自动报警电路的工作原理．答案：当热敏电阻的温度上升时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到肯定值时电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃发声