第5章 第3节 用传感器制作自动控制装置（Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第三节　用传感器制作自动控制装置 实验目的 1．了解单向晶闸管VS的工作原理。 2．练习制作光控自动照明控制装置。 实验原理 1．单向晶闸管 (1)原理图：如图所示。 其中A、K、G分别为VS的阳极、阴极、门极(控制极)。 (2)工作原理：当单向晶闸管受到正向阳极电压并且门极有触发电流IG时处于导通状态。 2．光控自动照明控制装置 (1)实验探究方案 (2)工作原理 ①当白天光线较强时，光敏电阻RG呈低电阻，此时，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，而流向门极G的电流变小，不足以触发导通VS，VS处于关断状态，灯泡L不亮。 ②当夜幕降临时，光线减弱，RG呈高电阻，流向门极G的电流增大，从而触发导通VS，灯泡L发光。 实验器材 二极管VD、单向晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L。 实验步骤 1．按照实验探究方案连接好电路，检查无误后，接通电源。 2．让光敏电阻RG在自然光照射下，观察灯泡L是否发光。 3．遮挡RG的照射光线，当光照减弱到一定程度时，观察灯泡L是否发光。 4．可适当改变电阻R的阻值，观察灯泡L开始发光时，照射到RG上的光线的强弱变化。 实验原理与操作 [典例]　把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关(干簧管和绕在干簧管外的线圈组成)、电源连成电路，如甲图所示，制成光电报警装置，设计要求：当有光照时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声，电路已经连接一部分，请将电路连接完整。 [解析]　电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关的外面线圈两个接线端构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线端构成另一个回路。当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声；若没有光照或者光照很弱时，光敏电阻阻值变大，干簧管外的线圈产生的磁场较弱，干簧管开关自动断开。连接如图所示。 [答案]　见解析图 数据处理和误差分析 [典例]　(2021·山东等级考)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有： 待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值几百欧到几千欧)； 电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)； 电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)； 滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω)； 微安表(量程100 μA，内阻等于2 500 Ω)； 开关两个，温控装置一套，导线若干。 同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下： ①按图示连接电路； ②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏； ③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏； ④记录此时的温度和电阻箱的阻值。 回答下列问题： (1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)。 (2)请用笔画线代替导线，在图乙中将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。 (3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为______Ω(结果保留到个位)，该测量值________(填“大于”或“小于”)真实值。 (4)多次实验后，学习小组绘制了如图丙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(填“增大”或“减小”)。 [解析]　(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前后保持不变，由于该支路与滑动变阻器前半部分并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前后该并联部分电阻变化越小，从而电路两端的电压变化越小，故滑动变阻器应选R1。 (2)电路连接图如图所示。 (3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝6 000 Ω，可得RT＝3 500 Ω；当断开S2，微安表半偏时，由于该支路的电阻增加，电压略有升高，根据欧姆定律，总电阻比原来2倍略大，也就是电阻箱的阻值略大于热敏电阻与微安表的总电阻，而认为电阻箱的阻值等于热敏电阻与微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。 (4)由于是ln RT-图像，当温度T升高时，减小，从题图中可以看出ln RT减小，从而RT减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。 [答案]　(1)R1　(2)见解析图　(3)3 500　大于　(4)减小 创新考查角度和创新思维 1.(实验原理的创新)如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。 解析：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通。天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升