5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

课题 第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置 课型 新授课 1. 教学内容分析 本节课程主要研究了光敏电阻、热敏电阻以及电阻应变片的工作原理，及其在现实生活中的应用，认识到传感器主要是用来完成一定的控制任务，通过对本节知识的学习学生可以尝试使用常见的电子元器件，组装实用的光控开关与温度报警电路。 2. 学习者分析 在本课程中，我们将引导学生利用传感器制作简单的自动控制装置，让学生更深刻地理解传感器和自动化控制的本质。同时，本课程还将培养学生的动手实践能力和科学研究能力，让学生通过自己的实践体验，感受到物理学科的魅力。 3. 学习目标确定 物理观念：1.了解门窗防盗报警装置的原理。2．了解光控开关的原理 科学思维：通过阅读教材和实验观察，了解几种常见传感器的工作原理，知道它们的特性及其在生产生活中的应用。 科学探究：通过利用传感器制作简单的自动控制装置的实验过程，培养学习兴趣，增强实践意识和能力。 科学态度与责任：通过实验演示、动手操作仪器，让学生体验传感器的特点，将理论联系实际。 4. 学习重点难点 教学重点：设计方案及其工作原理 教学难点：动手实践能力 5.学习评价设计 6.学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：新课引入 教师活动1 一.引入新课 你了解哪些敏感元件？如何利用这些敏感元件制作自动控制装置？ 二.进行新课 （一）门窗防盗报警装置 1.认识和利用干簧管——非电学量转换为电路的通断 2. 分析教材图5.3-1对应的装置 3. 分析教材图5.3-2对应的电路的工作原理 4.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，按照图5.3-2 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。 5.例1： 如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，将磁条固定在门上，主机安装在与其等高的门框边缘，门关上时，两者刚好靠近在一起。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 解析　当主机开关闭合、门关上时，磁条与触发器刚好靠近在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；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，说明此时开关是闭合的，选项A正确；触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；磁条无论哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点，选项D错误。答案　A （二）光控开关 1.初步认识三极管 三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b 和集电极c，有NPN 型和PNP 型两种。三极管的一个重要特性是，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。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。 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）按照图5.3-5 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。 4.例2 如图所示是用三极管控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。 解析　天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，基极电压较小，三极管断路，工作电路不通。天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、线圈A、三极管集电极和发射极到达电源负极的电路被导通，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。天明后，RG阻值减小，基极电压较小，三极管断路，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。 三、总结：（见板书设计） 学生活动1 学生思考回答 讨论与交流 电路工作原理：闭合