第5章 3.利用传感器制作简单的自动控制装置-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册人教版（2019）

3.利用传感器制作简单的自动控制装置 1.了解门窗防盗报警装置的原理，会制作简单的自动控制电路。 2.了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。 　　 随着人们生活水平的不断提高，家用电器也走向智能化。空调的自动开关、门窗的自动开启关闭、家庭防盗系统的工作、扫地机器人的工作等都离不开用各种传感器制作的自动控制装置。 如何用传感器制作自动控制装置呢? 知|识|梳|理 一、实验1　门窗防盗报警装置 1.实验器材和装置。 干簧管(感知磁场是否存在)、继电器(执行装置)、发光二极管(指示灯、限流电阻)、蜂鸣器(报警提醒)、电阻、电源、小磁体、开关。 2.电路的工作原理。 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器相当于一个自动的双向开关。 3.实验操作。 (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，按照上图所示连接电路。 (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。 二、实验2　光控开关 1.实验器材、装置和电路。 可调电阻、限流电阻、光敏电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。 电路如图甲和乙。 甲 乙 2.电路工作原理。 当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，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而点亮小灯泡L。 3.实验操作。 (1)按照上图所示连接电路，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，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。 (1)干簧管是一个磁力开关。 (√) (2)上图乙(实验2光控开关)中二极管D的作用是保护三极管。 (√) 2.如图所示，为某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是 (　　) A.A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联 B.A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联 C.C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联 D.C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联 解析　当较小的电流经过接线柱A、B流入线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使C、D两个接线柱所连的触点接通，较大的电流就可以通过C、D带动机器工作了。故A项正确，B、C、D三项错误。 答案　A 探究 自动控制电路的分析与设计 　 【例】　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，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。 解析　热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。 答案　电路图如图所示。工作过程:闭合开关S，当温度低于设计值时，热敏电阻的阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通使电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某一值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值时，又重复上述过程。 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)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关。 (2)分析自控电路的合理性。 电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，