第5章 3.利用传感器制作简单的自动控制装置-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

3.利用传感器制作简单的自动控制装置 　　　　 第五章　传感器 学科 知识 1．温度传感器的特性及应用 2．光敏电阻的特性及应用 学科 能力 1．能分析生活和生产情境中的功能需求 2．能应用所学的电路等知识，结合常用传感器的特性和应用方法分析电路的工作原理 3．会利用光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器等制作简单的自动控制装置 学习目标 学科 素养 1．物理观念：认识几种常用传感器的原理和应用 2．科学思维：能根据生活和生产需求选择合适的传感器建立基本的工作电路模型，能对简单的自动控制实验电路的原理进行分析和解释 3．科学探究：能根据生活和生产需求选择合适的传感器设计实验电路，并对电路的操作方法进行解释，且能对电路的合理性进行评估 实验探究 应用拓展 细研过程 梳理要点 课时精练 内 容 索 引 2 3 4 5 6 1 细研过程 梳理要点 索引 实验一　门窗防盗报警装置 一、实验目的 1．了解门窗防盗报警装置的工作原理。 2．了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。 二、实验原理 1．干簧管 (1)特点：感知磁体磁场是否存在的传感器。 (2)作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。 2．继电器 (1)特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通；无电流时，开关与触点b接通。 (2)作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相当于一个自动的双向开关。 3．实验电路 4．工作原理 闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通状态，继电器使开关c与触点a接通，发光二极管LED发光。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，使开关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。 三、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、电源、小磁体、开关等。 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，按照实验电路图连接电路。 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。 实验二　光控开关 一、实验目的 1．了解光控开关的工作原理。 2．练习利用光控开关制作自动控制设备。 二、实验原理 1．晶体三极管 (1)两种类型 (2)三个电极 ①发射极e；②基极b；③集电极c。 (3)重要特性 ①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，这就是三极管的电流放大作用。 ②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。 2．光控开关 (1)电路图(如图甲) (2)工作原理 当光照较强时，RG较小，加在基极上的电压较小，三极管不导通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上的电压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。 3．光控开关控制电路 (1)电路图(如图乙) (2)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，继电器所在的回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。(注：与继电器并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被 烧坏。) 三、实验器材 可调电阻R1(最大电阻为51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L(6 V　0.3 A)、二极管D、电源等。 四、实验步骤 1．按照实验电路图连接电路，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，当光照增强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。 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，否则将烧坏门电路集成块。 3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些。 索引 实验探究 应用拓展 索引 例1　 (2022•江西抚州南城县第二中学月考)小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3 V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。 一 教材原型实验 考向探究一　报警系统的电路问题 由题图乙可知，当环境温度为