第五章 第3、4节传感器的应用举例、自制简单的控制电路（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第3节　传感器的应用举例 第4节　自制简单的控制电路 课程内容要求 核心素养提炼 1．了解传感器在工农业生产、社会生活等各方面的应用． 2．通过光控LED灯、温度报警器的制作，加深对传感器的了解，提高动手能力． 1．物理观念：认识传感器在生产、生活和科技中的应用． 2．科学探究：通过实验自制简单的控制电路，提高动手能力． 3．科学态度与责任：体会科学技术在社会生活中的意义． [对应学生用书P81] 1．温度传感器的应用 (1)电熨斗 ①敏感元件：热双金属片温度传感器． ②原理：底板的温度升高到设定温度时，与底板接触的双金属片受热向下弯曲，两触点分离，电路断开． (2)电饭锅 ①敏感元件：感温铁氧体． ②原理：感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度升高到103 ℃时，失去了铁磁性，不能吸引磁体，使加热电路自动断开． 2．光传感器的应用——火灾报警器 (1)主要组成：发光元件和受光元件． (2)原理：发生火灾时，发光元件发出的光经烟雾反射或散射后，改变了照射到受光元件上的光照强度，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号． 3．各种传感器的应用——汽车 (1)传感器数量多，能达到几十、近百甚至几百个． (2)功能：这些传感器可以感受汽车行驶过程中的各种工况信息，如车速、介质的温度、发动机转速等，并将这些信息转换成电信号或其他所需形式的信号，进而进行实时、有效地控制，从而使汽车工作在最佳状态． 1．光控LED灯 2．温度报警器 [对应学生用书P81] 探究点一　传感器的实际应用 现有负温度系数热敏电阻、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，要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，温度超过某一值又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程． 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． 答案　见解析 [训练1]　(多选)下图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断．下列说法正确的是(　　) A．当温度升高时，双金属片中下层金属的膨胀大于上层金属 B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的 C．当温度过高时，双金属片向下弯曲 D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时应调节调温旋钮使之下降 CD　[常温下，双金属片上下层的膨胀几乎相同，上下触点接触在一起；电热丝通电加热，双金属片的温度升高，上层金属的膨胀系数大于下层金属的膨胀系数，温度升高到一定程度时双金属片向下弯曲，上下触点断开，故A、B错误，C正确．熨烫衣物需要较高温度时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性钢片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时若要使上下触点断开，则双金属片向下弯曲的程度要比原来大(即温度要比原来高)，故D正确．] [训练2]　(多选)下图是电容式加速度传感器的原理图，电容器的一个金属极固定在绝缘底座上，另一块极板用弹性金属片制成，当这种加速度传感器用在上下移动的升降机中时，通过测量电容C的变化就能感知升降 机加速度的变化情况．设升降机加速度为零时电容器的电容为C0，下列说法正确的是(　　) A．当升降机加速上升时，C＞C0 B．当升降机减速上升时，C＞C0 C．当升降机减速下降时，C＜C0 D．当升降机加速下降时，C＜C0 AD　[当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，弹性金属片向下弯曲，根据C＝知，电容变大，即C＞C0，故A正确、C错误；当升降机减速上升或加速下降时，加速度方向向下，弹性金属片向上弯曲，同理可知电容变小，即C＜C0，故B错误，D正确．] 探究点二　控制电路的原理与设计 城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为零；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于 50 mA 时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4 断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA． (1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路图． 光敏电阻R1(符号) 灯泡L(额定功率40 W，额定电压36 V，符号) 保护电阻R2(符号) 电磁开关(符号) 蓄电池E(电压36 V，