2024-2025学年高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置第5节用传感器测磁感应强度学案粤教版选修3-2

PAGE6-第四节用传感器制作自控装置第五节用传感器测磁感应强度[学习目标]1.了解晶闸管的工作特点，利用传感器制作简洁的自动限制装置.2.通过利用传感器制作自动限制装置的过程，培育动手实力和解决问题的实力.3.知道利用传感器测量磁感应强度的原理.4.体验探究自然规律的艰辛和胜利的喜悦，培育团队精神．一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1．试验目的了解与传感器技术相关的物理学问，练习用传感器制作自动限制装置．2．试验器材二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5MΩ)、灯泡L、多用电表、导线．3．试验原理由晶闸管VS与电灯L构成主回路，限制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图所示．(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管VS的门电极处于低电平，VS关断．(2)当夜幕驾临 时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获得正向触发电压而导通，灯L亮．(3)变更R的阻值，即变更其与RG的分压比，可调整电路的起控点．4．二极管VD、晶闸管VS的特性(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．(2)晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压状况下晶闸管才导通．5．试验步骤(1)将多用电表旋钮拨至R“×1k”挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．(2)将多用电表旋钮拨至R“×1k”挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．(3)将多用电表旋钮拨至R“×1k”挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．(4)依据电路图，将各元件焊接、安装好．(5)检查各元件的连接，确保无误．(6)接通电源，视察强光照耀光敏电阻时和用黑纸包袱光敏电阻时灯泡L的状态．6．留意事项(1)安装前，对全部器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)焊接时，管脚必需在离管壳5mm以上处焊接，焊接时间不易过长．(3)留意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不行错接、反接．二、用磁传感器测磁感应强度1．磁传感器是把磁感应强度变成电信号，从而实现磁感应强度测量的．2．用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生磁场，其方向符合安培定则．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)光敏电阻随光照强度增加电阻变大．(×)(2)二极管加正向电压时阻值很小．(√)(3)随着科技的发展，传感器会应用在各行各业和生活的方方面面，可以完全取代人的应用．(×)(4)当路灯自动限制电路做好后，不能随意调整路灯点亮熄灭的起控点．(×)(5)磁传感器是把磁感应强度转变成电信号．(√)2．利用半导体不行以制成的是()A．标准电阻 B．热敏电阻C．光敏电阻 D．晶体管A[标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制造的，故只选A.]3．某小型电磁继电器，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，如图所示．电磁继电器与传感器协作，可完成自动限制的要求，其工作方式是()A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联A[A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压、线圈电流随信号电压变更使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到限制作用．故正确选项为A.],自动限制电路的实例分析1.光控开关(1)电路如图所示．(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一特性能特别的非门电路，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)．(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，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；当天暗到肯定程度时，RG阻值增大到肯定值，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)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．2．温度报警器(1)电路如图所示．(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的电压上升，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y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，可以通过调整R1来调整蜂鸣器的灵敏度．【例1】如图所示的光控电路，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.白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________；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的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED________发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．[解析]白天，光照强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平(电平指某个端点与“地”之间的电压)，发光二极管LED不导通；当天色暗到肯定程度时，RG阻值增大到肯定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，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白天熄灭，天暗自动开启的目的．[答案]小低不导通导通(1)图中“”叫斯密特触发器，是一种具有特别功能的“非”门．(2)与物理学中的电路图不同，在涉及门电路的电路图时，表示的是电路中的逻辑关系，通常不把电流的通路完整地画出来．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．无论A为高电平或低电平，LED均不发光D．无论A为高电平或低电平，LED均发光B[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正确．]自动限制电路的设计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．【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．思路点拨：这类自动限制装置的基本流程：外界因素→敏感元件→电流信号→放大电路→电磁继电器→受控电路．[解析]电路如图所示．工作原理：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2．如图所示为自动水位报警器的示意图，在水位低于B时，电磁铁所在的限制电路部分断路，________灯亮；当水位上升到B时，电磁铁所在的限制电路部分接通，________灯亮．[解析]限制电路断开时，继电器弹片在弹簧作用下弹起，接通绿灯所在回路，绿灯亮，限制电路接通时，继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下，接通红灯所在回路，红灯亮．[答案]绿红课堂小结知识脉络1.晶体二极管具有单向导电性，当给二极管加正向电压时，它的阻值很小，当给二极管加反向电压时，它的阻值很大．2．当晶闸管接反向电压时，肯定处于关断状态，当晶闸管接正向电压时，仅在门极承受正向电压时晶闸管才处于导通状态．3．磁传感器可以将磁感应强度转变为电信号，从而实现磁感应强度的测量.1.某学习小组的同学在用多用电表探讨热敏特性试验中，安装好如图所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发觉多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是()A．应选用电流挡，温度上升时换用大量程测量B．应选用电流挡，温度上升时换用小量程测量C．应选用欧姆挡，温度上升时换用倍率大的挡D．应选用欧姆挡，温度上升时换用倍率小的挡D[多用电表只有选择欧姆挡才能干脆读出热敏电阻的阻值，当向杯内加入热水，多用电表的指针偏转角度较大，说明此时热敏电阻的阻值较小，故换用倍率小的挡，D项正确．]2．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板。对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中()A．P、Q构成的电容器的电容增大B．P上电荷量保持不变C．M点的电势比N点的低D．M点的电势比N点的高D[由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知PQ间距离d增大时电容C减小，A项错误．电容减小将放电，电荷量减小，故B项错误．放电时电流从M点经R到N点，说明M点电势高于N点电势，所以C项错误，D项正确．]3．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，缘由不行能是()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C[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项可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，B项可能；若R1阻值太小，Y端始终为低电平，灯泡始终发光，C项不行能；灯泡断路时无法发光，D可能．]4．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．