第5章 第2节 第3节科学制作：简单的自动控制装置、大显身手的传感器（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（鲁科版2019）

第2节　科学制作：简单的自动控制装置 第3节　大显身手的传感器 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 能了解常见传感器的工作原理，知道非电学量转换成电学量的技术意义；能解释传感器在生产生活中的应用，具有与传感器相关的运动与相互作用观念。 能尝试将实际问题中的对象与过程转换成物理模型；能分析传感器中非电学量转换成电学量的原理。 能针对真实情境提出与实验有关的物 理问题，能对一些传感器设计提出质疑；能阐述实验原理、设计实验方案和实验步骤，能动手制作简单的自动控制装置；能用证据说明自制自动控制装置的优势与问题；能撰写研究报告，在报告中能呈现实验原理、实验方 案、实验步骤、实验表格、数据分析过程及实验结论，能提出改进措施，能与他人分享制作成果。 能体会传感技术的应用给人类社会带来的挑战；有较强的将所学内容应用于日常生活实际的热情；认同物理的技术应用应考虑道德与规范的要求，能认识传感技术与人类社会发展的关系。 [对应学生用书P88] 知识点一 简单的自动控制装置 1.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。 2．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。 3．实验原理与设计 (1)光报警装置：如图甲所示，利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动控制，当光照强度发生变化时，电阻R发生变化，电路中的电流变化，当R的阻值变化到一定值时，蜂鸣器发生报警。 (2)温度报警装置：如图乙所示，利用热敏电阻作控制元件，从而通过温度来实现自动控制，当温度发生变化时，电阻RT发生变化，电路中的电流变化，当RT的阻值变化到一定值时，蜂鸣器发生报警。 4．实验步骤 (1)光报警装置 ①按照电路图甲将各元件组装到集成电路实验板上。 ②检查各元件的连接，确保无误。 ③接通电源，调节滑动变阻器，使蜂鸣器在普通光照条件下不报警。 ④用黑纸逐渐遮住光敏电阻，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。 ⑤用手电筒照射被黑纸遮住的光敏电阻，逐渐撤掉黑纸，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。 (2)温度报警装置 ①按照电路图乙将各元件组装到集成电路实验板上。 ②检查各元件的连接，确保无误。 ③接通电源，调节滑动变阻器，使蜂鸣器常温下不发声。 ④用不同温度的热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。 ⑤将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。 5．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)在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会再观察现象，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。 (3)光敏电阻实验中，若效果不明显，可将电阻部分放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光照强度。 自动控制装置的设计是利用敏感元件的特性设计的。(　√　) 知识点二 大显身手的传感器 1.自动感应门 (1)控制自动门的开关装有一种红外线传感器。 (2)自动感应门系统的三个环节：首先，检测门前是否有人；其次，判断检测结果，发出相关指令；最后，执行指令(开、关门)。 2．洗衣机水位控制 全自动洗衣机的水位控制装置中使用了压力传感器。 3．指纹识别器 有一种指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极板的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值不同。 4．机器人 (1)传感器系统是机器人的“感觉器官”，分为外部传感器和内部传感器。 (2)传感器用途 ①外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。使机器人拥有类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。 ②内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。 1．指纹识别器是利用压力传感器。(　×　) 2．机器人利用多种传感器从而具有拟人化的特点。(　√　) [对应学生用书P90] 探究点一　简单的自动控制　(科学探究之结论) 现有热敏电阻、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。 答案：见解析 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。 [练1] 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图所示的电路连接，制成光电报警装置。已知