19第五章 3. 利用传感器制作简单的自动控制装置（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【精讲精练】人教版 江苏专版

#3　利用传感器制作简单的自动控制装置 [学业要求] 1．了解传感器应用的一般模式。 2．会设计简单的自动控制电路，提高分析、解决问题的能力。 3．了解传感器的应用。 一、实验目的 1．了解防盗报警装置和光控开关的工作原理。 2．练习用传感器制作简单的自动控制设备。 二、实验原理 1．门窗防盗报警装置 (1)电路图如图甲所示 (2)控制电路原理 ①闭合开关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吸引，继电器被接通，继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示为正常状态。 ②当门窗开启时，磁体M离开干簧管SA，干簧管失磁断开，使继电器断电，继电器动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器开始报警。 2．光控开关 (1)电路图如图乙所示 (2)电路工作原理 ①当环境光较强时，光敏电阻RG阻值很小，三极管不导通，发光二极管所在的电路相当于断路，即LED灯不亮。 ②当环境光较弱时，光敏电阻RG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，LED灯所在电路形成通路，LED灯被点亮。 三、实验器材 1．防盗装置实验：干簧管(常开型)、继电器、发光二极管、电阻(330 Ω)、蜂鸣器、电源(6 V)、小磁体、开关。 2．光控开关实验：可调电阻R1(最大阻值51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻(暗电阻＞1 MΩ，亮电阻＜3 kΩ)、三极管(8050)、发光二极管、继电器、小灯泡(6 V,0.3 A)、二极管(IN4001)、电源(6 V)。 四、实验步骤 1．防盗装置实验 (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，按照图甲所示连接电路。 (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。 2．光控开关实验 (1)按照图乙所示连接电路，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。 五、注意事项 1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。 2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则电磁继电器不能正常工作。 3．要想天更暗时路灯才亮应把电阻R1的阻值调大些。 　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。如图所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。 [解析]　电路图如图所示。 工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。 [答案]　见解析 1.如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是(　　) A．电磁继电器与发电机工作原理相同 B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关 C．电磁铁工作时，上端为S极 D．当有人闯入保密室时，b灯亮 解析　电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。 答案　D 　高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅。如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量m0＝500 kg的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上。已知电路中电源电动势为26 V、内电阻r＝10 Ω，电流表量程为0.3 A、内阻RA＝10 Ω，滑动变阻器R′的总电阻为500 Ω。如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线。某设计人员对电流表上刻度重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量，他先后进行了以下操作。g＝10 m/s2。 (1)断开开关S，撤去秤台上的汽车，把万用表的旋钮旋到欧姆“×10”挡，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，万用表的表针指到如图丙所示，则压敏电阻R此时的电阻值为________ Ω。 (2)闭合开关 S，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为0.10 A，并在此处标注为0 kg