第5章 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置(Word教师用书)-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置 [学习目标] 1.会用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置(科学探究).2.会用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关(科学探究).3.通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题来设计方案、动手实践的意识和习惯(科学态度与责任)． 知识点一　门窗防盗报警装置 1．实验目的 (1)了解干簧管在磁场中的特性． (2)了解门窗防盗报警装置的工作原理和实验现象． 2．实验器材 干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R (330 Ω)、蜂鸣器H(有源型)、干电池(6 V)、小磁体、开关． 3．实验原理与设计 (1)实验思想 利用干簧管作为控制器实现：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭. (2)实验电路 (3)工作原理 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．干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关． 4．实验步骤 (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，观察簧片能否正常工作． (2)确定各元件可以正常工作后，按照图甲所示电路图，连接乙实物图． (3)闭合开关S，接通电源后，将磁体靠近干簧管，干簧管两个簧片被磁化接通继电器，c与a连接，二极管发光． (4)磁铁离开干簧管，衔铁c与b连接，蜂鸣器发声报警． 知识点二　光控开关 1．实验思想 利用光敏电阻作为光控开关实现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. 2．实验器材 发光二极管LED、可调电阻R1(最大电阻为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VT、继电器、小灯泡L(6 V　0.3 A)、二极管D、干电池四节(6 V)、导线若干． 3．实验电路 4．关键元件及工作原理 (1)晶体三极管 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．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．晶体三极管具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关． (2)工作原理 甲电路图的工作原理：如图甲中可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，R2为发光二极管的限流电阻，用发光二极管LED模仿路灯．电路中光敏电阻RG因光照而发生电阻的变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上．当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通．可调电阻R1的作用是调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流．如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯． 乙电路图的工作原理：当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮．当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，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，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L. 5．实验过程 (1)按照图甲所示电路图，连接图乙所示实物图．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． 说明：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． 1．关于门窗防盗报警装置的实验，有哪些注意事项？ 提示　(1)安装前对电磁继电器进行测试，确保电磁继电器通电时能吸合，断电时在弹簧的作用下恢复原状． (2)安装前对干簧管进行检测，观察磁铁靠近时弹簧片是否接触，磁铁离开时弹簧片是否能断开． (3)选择合适的定值电阻，保证发光二极管能正常工作． 2．在光控开关的实验中，为什么晚上时，光控电路基极b上的电压增加？ 提示　在电路中可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，由于光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小，在晚上时，光敏电阻的阻值增加，两端的电压也增加，光敏电阻两端的电压等于三极管基极b与发射极e两端的电压，当基极电压达到一定值后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极