5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置(教学课件）【教学无忧】2022-2023学年高二物理同步精品备课（人教版2019选择性必修第二册）

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置 人教版（2019）普通高中物理选择性必修第二册同步教学课件 第五章.传感器 目录 1 门窗防盗报警装置 2 光控开关 情景展示 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。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。如何设计电路？ 新课引入 知识点一：实验1 门窗防盗报警装置 利用干簧管在磁场中的特性是不错的选择。如图是一个简单的门窗磁控防盗报警装置示意图。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。 课堂合作探究 知识点一：实验1 门窗防盗报警装置 （一）实验目的：了解门窗报警装置的原理 （二）实验原理 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。 电磁继电器 课堂合作探究 知识点一：实验1 门窗防盗报警装置 门窗防盗报警装置电路图 发光二极管 （三）实验器材 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。 （四）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,观察簧片能否正常动作。 (2)确定各元件可以正常工作后,连接电路。 (3)接通电源后,将磁体先后靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。 课堂合作探究 知识点一：实验1 门窗防盗报警装置 表1 基本元件及参数 课堂合作探究 知识点二：实验2 光控开关 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。 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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用，对 NPN 型三极管来说，当基极 b 电压比 发射极 e 高 0.7V 时，三极管导通，集电极 c上有电流，否则没电流。 课堂合作探究 知识点二：实验2 光控开关 （一）实验目的 了解光控开关的原理。 （二）实验原理 当环境的光比较强时,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。当环境的光比较弱时,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。 课堂合作探究 知识点二：实验2 光控开关 思考：如何调节电路，使灯泡在天更暗时才亮？ 课堂合作探究 知识点二：实验2 光控开关 （三）实验器材 可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。 （四）实验步骤 (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。 课堂合作探究 知识点二：实验2 光控开关 表2 基本元件及参数 课堂合作探究 1 2 利用传感器制作简单的自动控制装置 门窗防盗报警装置 光控开关 课堂小结 【典例1】现有负温度系数的热敏电阻、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,超过某一温度又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。 典例探究 解析:热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。电路图如图所示。 当温度低于某一值时,热敏电阻的阻值很大,流过电磁继电器的电流很小,继电器无法吸引衔铁P,K处接通,电炉丝处于加热状态;当温度高于某一值时,热敏电阻的阻值变得很小,通过电磁继电器的电流较大,继电器吸引衔铁P,K处断开,电炉丝停止加热。 典例探究 【典例2】 光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中就可用于街道路灯的自动控制开关,下图为模拟电路,其中A为光敏电阻,B为电磁