5.3利用传感器制作简单的自动控制装置-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第二册）

第五章 传感器 第三节 利用传感器制作简单的自动控制装置 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 能针对真实情境提出与实验有关的物理问题；能了解常见传感器的工作原理，解释传感器在生产生活中的应用。 科学思维 了解敏感元件在自动控制电路中的作用。 科学探究 利用传感器制作简单的自动控制装置，进一步理解传感器的工作原理。 科学态度与责任 了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利。 实验一　　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)光报警装置实验步骤 ①按照电路图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。 实验二　　门窗防盗报警装置 一、实验目的 1．了解门窗防盗报警装置的工作原理。 2．了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。 二、实验原理 1．干簧管 (1)特点：感知磁场是否存在的传感器。 (2)作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。 2．继电器 (1)特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通，无电流时，开关与触点b接通。 (2)作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相当于一个自动的双向开关。 3．实验电路 4．工作原理 闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通状态，继电器使开关c与触点a接通，二极管LED发光。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，使开关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。 实验三、实验器材 干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330 Ω)、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。 四、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，按照实验电路图连接电路。 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。 实验三　光控开关 一、实验目的 1．了解光控开关的工作原理。 2．练习利用光控开关制作自动控制设备。 二、实验原理 1．晶体三极管 (1)两种类型 (2)三个电极 ①发射极e，②基极b，③集电极c。 (3)重要特性 ①从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流，这就是三极管的电流放大作用。 ②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。 2．光控开关 (1)电路图 (2)工作原理 当光照较强时，RG较小，加在基极上电压较小，三极管不导通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上电压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。 3．光控开关控制电路 (1)电路图 (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，继电器所在的回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。(注：与继电器并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏。) 三、实验器材 可调电阻R1(最大电阻为51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L(6 V、0.3 A)、二极管D、电源等。 四、实验步骤 1．按照实验电路图连接电路，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，当光照增强到某种程度时，发