利用传感器制作简单的自动控制装置课件-高二下学期物理人教版选择性

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置人教版（2019）物理（选择性必修第二册）第五章

传感器素养目标1.通过利用传感器制作简单的自动控制装置，加深对传感器的认识，了解与传感器技术相关的物理知识，从实际应用的视角理解物理与实际生活的紧密联系2.引导学生经历实验探究过程，培养学生设计实验、绘制实验电路图以及实验操作的能力，培养学生实验探究的学科素养3.通过实验知道二极管的单项导电性、三极管具有电流放大作用等

传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。新课讲解

本节提供了两个利用传感器实现简单自动控制的实验，同学们可以根据兴趣和器材条件从中选择一个。只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。生活中的传感器光感传感器水质PH传感器仿生传感器磁光效应传感器门窗防盗报警装置

目标效果：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。干簧管靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。干簧管:作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在继电器：作为执行装置二极管：作为电路正常工作提示门窗防盗报警装置电路图发光二极管电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。实验器材功能

具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。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。构成

门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路。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。实验器材型号名称规格型号名称规格型号干簧管SA常开型蜂鸣器

H

有源型继电器JQX-14FC5V电源干电池

6V发光二极管LED绿色小磁体电阻R330Ω开关装置中各元件的作用①干簧管：在电路中起传感器和控制开关的作用，作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。②继电器（虚线方框部分）作为执行装置，继电器则相当于一个自动的双向开关。③发光二极管LED作为电路正常工作提示。特别提醒发光二极管和普通二极管一样具有单向导电性，而且在导电时还能发光，有红、绿、黄等多种颜色。④电阻R

：为发光二极管的限流电阻，起保护作用。⑤蜂鸣器H：

作为报警提醒。cabSLEDHSAMR实验原理图闭合电路开关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。工作原理（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，按照图中所示连接电路。（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。

接通电源后，磁体M靠近干簧管SA，电器的动触点c与常开触点a接通发光二极管LED发光；磁体离开干簧管，继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。实验步骤实验现象光控开关目标效果：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。光照弱，路灯开启；光照强，路灯熄灭。光敏电阻工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，需要放大电路。晶体三极管晶体三极管结构原理及功能①三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种。②三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。③三极管还具有完成断路和接通的开关作用。NPN型PNP型bcebce三极管电路符号及实物图动画演示：三极管工作原理名称规格型号名称规格型号可调电阻R1最大电阻为51kΩ继电器HRS1H-S5V或JQX-14FC5V限流电阻R2330Ω小灯泡L6V0.3A光敏电阻RG暗电阻>1MΩ亮电阻<3kΩ二极管DIN4001三极管VT8050电源干电池6V发光二极管LED红色实验器材型号装置中各元件的作用（1）晶体三极管：晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种。（2）三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。NPN型PNP型bcebce三极管电路符号及实物图实验电路图

本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻。可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路。R1R2+VsLEDRGVTbce0VR1RGDKSLVT+Vs0V两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。发光二极管代表路灯小灯泡代表路灯注意：为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。R1RGDKSLVT+Vs0V为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。①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射，调节电阻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。如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。实验步骤视频演示：光控开关（1）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。（2）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。注意：如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。实验现象1.如图所示，这是安装在潜水器上的深度表的电路原理图，显示器由电流表改装而成，电源的电动势和内阻均为定值，R0是定值电阻。在潜水器上浮的过程中，下列说法正确的是()A.通过显示器的电流增大B.压力传感器两端的电压减小C.路端电压变大D.压力传感器的功率一定减小C经典例题答案：C解析：A.潜水器上浮的过程中，受到水的压力会减小，R变大，根据闭合电路的欧姆定律

，在电源电动势E和内阻r

和R0都不发生变化的情况下，电流I会减小，故A错误；B.压力传感器的电压

可知随I减小，U增大；故B错误；C.路端电压

随I减小，

增大，故C正确；D.由于不清楚压力传感器的电阻和其它电阻的关系，则传感器的功率变化情况不能确定。故D错误。2.传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若电流从灵敏电流计“+”接线柱流进时指针向右偏，从“-”接线柱流进时向左偏。当待测压力突然增大时，下列说法正确的是()A.电容器的电容将减小B.M点的电势比N点的低C.灵敏电流表指针向左偏转D.若电流计示数稳定且不为零，说明压力F不再变化B经典例题答案：B解析：由题可知，电容器的电压不变，当待测压力突然增大时，F向上压可动电极，由

可知d减小，电容增大，选项A错误。由题可知，电容器的电压不变，若F向上压可动电极，电容增大，电荷量增大，电容器充电，电路中形成逆时针方向的电流，则灵敏电流计指针向右偏，电流从N流向M，故M点的电势比N点的低，选项B正确，C错误。若电流计示数稳定且不为零，说明电容器正在充、放电，电容器的电容变化，说明压力F变化，选项D错误。3.图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件。安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路（蜂鸣报警器），此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是()A.当门关闭时，干簧管两簧片接通B.干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成C.如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作D.本装置是利用电磁感应原理控制电路A经典例题答案：A解析：AD.干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，故D错误，A正确；B.铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，故B错误；C.如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误。故选A。利用传感器制作简单的自动控制装置实验一：门窗防盗报警装置实验器材和装置：干簧管、继电器电路工作原理实验二：光控开关实验器材和装置：三极管实验操作电路工作原理实验操作1.如图甲所示为恒压电源给光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和其所受光照强度的关系图像。某同学利用此光敏电阻设计了一个台灯的自动控制电路，如图乙所示，T为一自耦式变压器，下列说法正确的是()A.仅光照变强，R的阻值变大

B.仅光照变强，R中的电流变小C.仅滑片P下滑，L中的电流频率变小

D.仅滑片P下滑，T的输入功率变小D答案：D解析：由题图甲可知，光敏电阻两端电压恒定时，光照越强，电流越大，电阻越小，变压器副线圈两端电压不变，仅光照变强时，R的阻值变小，流过R的电流变大，AB错误；变压器不改变频率，所以仅滑片P下滑，L中的电流频率不变，C错误；仅滑片P下滑，输出电压减小，根据

可知，T的输入功率变小，D正确。2.如图为电容式加速度传感器的工作原理图，轻质弹簧与电容器固定在传感器的外框上，质量块左侧连接轻质弹簧，右侧连接电介质，质量块可带动电介质左右移动。若电介质相对电容器向右运动，则电容器()A.电容不变

B.电容增大C.两极板上的带电量不变D.两极板上的带电量减小B答案：B解析：若电介质相对电容器向右运动，根据可知电容器电容增大;根据由于电压不变，则两极板上的带电量增大，故B正确。3.把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，下列说法正确的是()A.干簧管应用了电磁感应原理B.增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才会报警C.增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警D.增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警

B答案：B解析：A.