5.3利用传感器制作简单的自动控制装置-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第二册 ）

第五章 传感器 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 【核心素养目标】 物理观念 通过安培力的理解，进一步完善场的物质观，并从电磁场的观点认识其物质观念、运动和相互作用。 科学思维 （1）能够定性地对安培力的方向问题进行分析，找出规律，形成结论。 （2）能够运用电流的磁效应、安培力的知识对电流间相互作用进行分析，进一步建立电与磁的关系。 科学探究 经历探究安培力方向的实验过程，学会设计实验、观察现象、分析结果、归纳总结的科学探究方法。 科学态度与责任 （1）体会到相关物理量之间的方向关系是客观存在的规律；而定则只是便于人们用以了解、记忆它们之间的方向关系，是主观的。应用定则时既要严格统一，又要灵活多变。 （2）通过知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　门窗防盗报警装置 【重难诠释】 1.实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图． 2．电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．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，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警． 3．实验操作 (1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作． (2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作． (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． 【典例精析】 例1．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用，乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起．当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声．下列有关说法正确的是(　　) A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 知识点二　光控开关 【重难诠释】 1．实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图甲． 为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示． 2．电路工作原理 (1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮． (2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，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，点亮小灯泡L. 3．实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源． (2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光． (3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，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，发光二极管LED或小灯泡L熄灭． 【典例精析】 例2．(多选)如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　) A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高 B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低 C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 知识点三　自动控制电路的分析与设计 【重难诠释】 设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行。 (1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。 控制电路由电源、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，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际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，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如，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，使路灯发光。 【典例精析】 例3．如图甲所示为一热敏电阻的R－t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为200 Ω.当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电电池的电动势E＝8 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热电源． (1)图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而______(选填“增大”