第五章3 利用传感器制作简单的自动控制装置-【优化探究】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套教参（人教版，多选）

3　利用传感器制作简单的自动控制装置 授课提示：对应学生用书第119页 一、实验目的 1．了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置。 2．了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。 二、门窗防盗报警装置 1．电路如图所示。 2．工作原理：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。 3．实验器材 干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻、小磁体。 4. 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，按照图示连接电路。 (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。 三、光控开关 1．电路如图所示。 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，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。 3．实验器材 发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、继电器、直流电源、导线若干、黑纸。 4．实验步骤 (1)按照图示连接电路，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。 5．注意事项 (1)安装前，对实验器材进行测试，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。 (3)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。 授课提示：对应学生用书第120页 　某市一所农村初级中学常常因为不能及时给水塔注水而停水，小明知道后，想利用如图所示的器材设计一个自动注水装置，A是浮子，B是金属触头，C为水塔上的柱形蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，K1、K2分别为触头开关。 (1)连接上面的电路实物图。 (2)简述其工作原理(涉及的元件可以用字母代替)： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)电路连接图如图所示。 (2)按图接好电路，合上开关S1、S2，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到K1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使K2断开，电机M不工作，停止注水；当水位下降使B与K1脱离，左侧电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使之与K2接通，M工作。 [答案]　见解析 　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RG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，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点：________________________。 (2)如图所示，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： 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)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。 甲 特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。 (2) 乙 电路