第5章 第2节 科学制作：简单的自动控制装置-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

第2节　科学制作：简单的自动控制装置 一、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。 二、实验器材 光敏电阻、热敏电阻(随温度升高阻值减小)、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。 三、实验原理与设计 1．实验的基本思想——控制变量法 (1)变量的控制要求： 在物理实验中，要注意控制实验过程中的不同变量。 (2)设计思路： 控制亮度和温度不变，改变滑动变阻器阻值，直至蜂鸣器报警。 2．实验原理 (1)蜂鸣器在电流(电压)达到一定值时会报警； (2)控制光照强度不变，光敏电阻阻值不变； (3)控制温度不变，热敏电阻阻值不变； (4)改变滑动变阻器阻值，可以改变通过蜂鸣器的电流，引起报警。 四、实验步骤 1．制作光报警装置 (1)按光报警器装置电路图组装好仪器； (2)将手电筒的亮度调至一挡，固定并照射光敏电阻； (3)将滑动变阻器调至最大阻值处； (4)闭合开关，逐步减小滑动变阻器阻值，直至蜂鸣器报警，记录滑动变阻器阻值、滑片所处位置，断开开关； (5)将手电筒的亮度调至二挡，固定并照射光敏电阻重复(3)(4)； (6)将手电筒的亮度调至三挡，固定并照射光敏电阻重复(3)(4)； (7)填写表格，记录数据。 2．制作温度报警装置 (1)按照温度报警器装置电路图组装好仪器； (2)将热敏电阻放置到温度较低的热水中，测出并记录温度； (3)将滑动变阻器调至最大阻值处； (4)闭合开关，逐步减小滑动变阻器阻值，直至蜂鸣器报警，记录滑动变阻器阻值、滑片所处位置，断开开关； (5)将热敏电阻放置到温度适中的热水中，测出并记录温度重复(3)(4)； (6)将热敏电阻放置到温度较高的热水中，测出并记录温度重复(3)(4)； (7)填写表格，记录数据。 五、数据收集与分析 依据具体的实验操作记录，填写表格。 光报警 装置 手电筒亮度 滑片所处位置(左/中/右) 滑动变阻器阻值(小/中/大) 一挡 二挡 三挡 温度 报警 装置 水温 温度(℃) 滑片所处位置(左/中/右) 滑动变阻器阻值(小/中/大) 低 中 较高 学生用书第109页 六、实验结论 1．对于光报警器实验，滑动变阻器阻值变大时，蜂鸣器报警所需要的光照强度增大。 2．对于温度报警器，滑动变阻器阻值变大时，蜂鸣器报警所需要的温度升高。 七、误差分析 偶然误差：温度计读数时造成的偶然误差，手电筒照射角度偏差造成的偶然误差。 系统误差：测量时水温变化或者外部光照变化引起的测量误差。 知识点一　设计光控开关 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表所示： 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光敏电阻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，阻值见图表) 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)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线。 阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。 (2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如图所示。 答案：　(1)见解析　(2)见解析 针对练1.(多选)计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器