5.3利用传感器制作简单的自动控制装置-2023-2024学年高二物理备课必备讲义（人教版2019选择性必修第二册）

第五章 传感器 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 【科技前沿】太阳能热水器上水系统 太阳能热水器的上水方法有两种：自动上水和手动上水。 一、自动上水。太阳能热水器可以设置一个温度，当热水箱中的水温高于这个设定温度时，系统会自动进行补给。这样可以确保热水箱中始终有足够的热水供应，并且避免过高的温度造成安全隐患。此外，在使用过程中，系统会延迟60分钟才开始进行供给，以避免用户在用水时受到影响。该功能通常在早晨8点至下午5点之间可用。 二、手动上水。用户可以通过操作控制面板来手动调节供给和加热功能。显示屏会显示预设的参数（如预设温度或预设水位），用户可以使用相应按钮来调整参数，并确认后启动或关闭上水和加热功能。如果在启动加热后发现当前的实际水位低于50%，系统会先进行补给再进行加热，将实际水位提升到80%以上以确保正常工作状态。而当实际水位低于50%时，则会自动关闭加热功能以保护电子元件。 【核心素养目标】 物理观念 通过安培力的理解，进一步完善场的物质观，并从电磁场的观点认识其物质观念、运动和相互作用。 科学思维 （1）能够定性地对安培力的方向问题进行分析，找出规律，形成结论。 （2）能够运用电流的磁效应、安培力的知识对电流间相互作用进行分析，进一步建立电与磁的关系。 科学探究 经历探究安培力方向的实验过程，学会设计实验、观察现象、分析结果、归纳总结的科学探究方法。 科学态度与责任 （1）体会到相关物理量之间的方向关系是客观存在的规律；而定则只是便于人们用以了解、记忆它们之间的方向关系，是主观的。应用定则时既要严格统一，又要灵活多变。 （2）通过知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　门窗防盗报警装置 【重难诠释】 1.实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图． 2．电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．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，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警． 3．实验操作 (1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作． (2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作． (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． 【典例精析】 例1．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　） A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 知识点二　光控开关 【重难诠释】 1．实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图甲． 为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示． 2．电路工作原理 (1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮． (2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，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，点亮小灯泡L. 3．实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源． (2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光． (3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，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，发光二极管LED或小灯泡L熄灭． 【典例精析】 例2．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控 开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合 使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（） A． B． C． D． 知识点三　自动控制电路的分析与设计 【重难诠释】 设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行。 (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)