第5章 第2节 科学制作：简单的自动控制装置（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第2节　科学制作：简单的自动控制装置 实验目的 1．设计并制作光报警装置。 2．设计并制作温度报警装置。 3．了解制作的报警装置的工作原理。 实验器材 光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。 实验原理与设计 图甲和图乙分别是光报警装置和温度报警装置的电路图。 1．甲图中，有光照射光敏电阻R时，其阻值减小，随光的强度增大，阻值减小到一定程度时，蜂鸣器开始报警。 2．乙图中，热敏电阻RT温度升高时，其阻值减小，随温度升高，阻值减小到一定程度时，蜂鸣器开始报警。 实验步骤 1．按实验原理图组装电路。 2．用一定亮度的光照射光敏电阻。 3．调节滑动变阻器使蜂鸣器开始报警。 4．换用另一亮度的光照射光敏电阻，重复实验几次。 5．用热水给热敏电阻加热到一定温度，用温度计测出这个温度。 6．调节滑动变阻器，使蜂鸣器开始报警。 7．改变热水温度，重复实验几次。 数据分析 设计实验表格，记录光照强度、热水温度和蜂鸣器报警的情况，得出随滑动变阻器阻值变化，蜂鸣器报警时光照强度的变化规律和蜂鸣器报警时温度的变化规律。 注意事项 实验中，手电筒不能对着人的眼睛直射；要避免被热水烫伤。 光敏电阻传感器的应用 [典例]　为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为 lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表： 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 (1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出阻值随光的照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。 (2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响) 提供的器材如下： 光敏电阻RP(符号，阻值见上表)； 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)； 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)； 开关S及导线若干。 [解析]　(1)如图甲所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。 (2)电路原理图如图乙所示，根据串联电路中电阻正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，由图线知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻分压UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1。 [答案]　见解析 设计自动控制电路的思路 (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)、导线组成。这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关。 (2)分析自动控制电路的合理性。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，比如，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。　　 热敏电阻传感器的应用 [典例]　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，阻值约几百欧到几千欧)； 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