5.3 传感器的应用举例&5.4 自制简单的控制电路（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

传感器 第3节　传感器的应用举例 第4节　自制简单的控制电路 第五章 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道温度传感器和光传感器的工作原理。 2．了解生活中常见的传感器应用。 1.能够应用所学知识探究常见的电器中传感器的应用原理。 2．通过自制简单的控制电路实验，体验科学探究的过程。 　　在学习中坚持理论联系实际的方法，做到知行合一，用理论指导实践，同时在实际应用中反思和加深对理论的理解。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 一、传感器应用举例 1．电熨斗：电熨斗中对温度进行设定和控制是通过__________温度传感器来实现的。双金属片的上层的膨胀系数____下层金属片的膨胀系数，因此温度升高，双金属片向下弯曲，断开电路。如果增高设定温度，需要将调温旋钮的升降螺丝____。 2．电饭锅：电饭锅的加热控制系统由__________、永磁铁、弹簧组成。感温铁氧体在常温下具有磁性，温度升高到________时失去磁性。永磁体下落使触点____，断开加热电路。 必备知识 自主学习 热双金属片 大于 下调 感温铁氧体 103 ℃ 分开 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 3．火灾报警器：火灾报警器通过发光元件和受光元件将烟雾浓度的信号转化为______，发出报警信号。 (1)遮光型光电式烟雾报警器：发光元件和受光元件____，烟雾浓度增大时，平行照射到受光元件上的光____，发出警报。 (2)散射型光电式烟雾报警器：发光元件和受光元件______，烟雾浓度增大时，光线经过__________照到受光元件上，发出警报。 必备知识 自主学习 电信号 正对 减弱 不正对 散射或反射 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 二、自制简单的控制电路 1．光控LED灯： LED：发光二极管，模拟路灯。 NPN型三极管：起到开关和放大作用。 PNP型三极管：起到二级放大驱动发光二极管发光的作用。 RL：光敏电阻。 有光照的情况下，光敏电阻的阻值__，基极与发射极间电压__，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻阻值__，基极与发射极间电压__，发光二极管导通。 必备知识 自主学习 小 小 大 大 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 2．温度报警器： 热敏电阻：常温下电阻为2 kΩ，温度升高时阻值减小。 NPN型三极管：起到开关和放大作用。 接通电源后常温下蜂鸣器不发声，当温度到达某一值时____电阻阻值减小到某一值，可使蜂鸣器发出报警声。 必备知识 自主学习 热敏 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 1．(知识拓展)几种电器元件：①发光二极管：如教材图5.3－3所示，它有两根引脚，较长的是正极。只有加上一定的正向电压，发光二极管才能导通发光。如下图： 普通的发光二极管工作电流只需要几毫安，最大不得超过10 mA，过大的电流会损坏发光二极管，因此在使用时必须串联合适的限流电阻。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 2．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)当调温旋钮下调时电熨斗底板的温度较高。(　 　) (2)电饭锅自动煮饭时煮的是稀饭。(　 　) (3)火灾报警器的原理是发生火灾时环境的温度升高而触发报警。(　 　) (4)随着科技的发展，传感器会应用在各行各业，生活的方方面面，可以完全取代人的作用。(　 　) (5)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮熄灭的起控点。(　 　) (6)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻。(　 　) 必备知识 自主学习 × √ × × × √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 1．电熨斗中对温度进行设定和控制是通过热双金属片温度传感器来实现的。其内部结构如图所示。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。 调温旋钮的升降螺丝下调时，底板温度较高；上调时，底板温度较低。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 2．电饭锅：主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。其内部结构如下图： 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 煮饭时，按下开关按钮，永磁体和感温铁氧体吸引，触点接触，加热电路接通。当锅内温度升高到103 ℃时，感温铁氧体失去磁性，永磁体下落使触点分离，加热电路断开，不再加热。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 3．火灾报警器 (1)遮光型光电式烟雾报警器(图甲)的发光元件和受光元件是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报。发生火灾时烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 【例1】 (多选)如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是(　　) 关键能力 互动探究 CD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层 B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的 C．当温度过高时，双金属片向下弯曲 D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 [练1] (多选)电饭锅工作原理电路如下图所示。下列关于电饭锅工作原理的说法中，正确的有(　　) 关键能力 互动探究 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．必须手动按下开关按键后，电饭锅才能开始正常工作 B．插上电源插头后，电饭锅即正常工作，直至饭煮熟 C．感温铁氧体的作用是在锅内温度达到103 ℃时失去磁性，再在弹簧的作用下使电路断开 D．通过上图示电路即可实现加热和自动保温功能 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 [练2] 如图所示的是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时外罩光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报 B.发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报 C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 D．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有折射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当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、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。可调电阻R1的作用是调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路里能够控制三极管的基极电流。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 [问题设计] 如果想在天更暗时才点亮路灯，应把R1阻值调得大一些，还是小一些？ 提示：该把阻值调得更大一些。因为基极电压达到一定程度三极管才导通，这时需要R1阻值更大，即天色更暗。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 1．晶体三极管 (1)两种类型 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 (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。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 2．自制简单的控制电路 光控LED灯 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 (1)电路分析：可调电阻R1和定值电阻R3与光敏电阻RL串联，RL两端的电压为三极管Q1的基极与发射机之间的电压，定值电阻R2与三极管集电极串联，R2两端的电压为三极管Q2的基极与发射极之间的电压，发光二极管在三极管Q2的集电极电路上。 (2)工作原理：光线较强时，光敏电阻的阻值较小，三极管Q1的基极与发射极之间的电压较小，不能导通，Q1所在支路相当于断路，因此R2两端电压很小，Q2不能导通，发光二极管不能导通发光。若光线较弱，光敏电阻的阻值较大，三极管Q1的基极与发射极之间的电压较大，导通，Q1所在支路电流较大，因此R2两端电压大，Q2导通，发光二极管导通发光。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 (3)亮度调节：将R1的阻值调大，三极管Q1的基极与发射极之间的电压达到导通需要的值，RL的阻值相应的变大，因此光照的强度降低，即在天更暗的时候，路灯才会亮。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 3．温度报警器 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 (1)电路分析：热敏电阻RT与可调电阻R1和定值电阻R2串联，三极管集电极串接蜂鸣器。 (2)工作原理：温度升高时，热敏电阻的阻值减小，所在支路电流增大，R2两端电压增大，三极管基极与发射极之间的电压变大，导通，蜂鸣器发声。 (3)温度调节：增大R1的阻值，R2两端要获得足够的电压，则RT的阻值需减小，即需要升温，即蜂鸣器在温度较高的情况下，才能发声。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 【例2】 如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻R1使U23＝0，当有烟雾时， 开始触发工作，其中Rg是光敏电阻，由此可知，要使 开始工作，则应满足(　　) 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 [练3] (多选)张华同学利用课余时间，结合所学传感器、电路的有关知识，自己在家设置了一个火警报警装置，他设计的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1急剧减小，当电铃两端电压低于某一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移 B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移 C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低 D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 1．(多选)关于电饭锅的说法，正确的是(　　) A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体 B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性 C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位 素养训练 学业评价 ABD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 2．(多选)如图所示，RT为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，电压表为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　) 素养训练 学业评价 BD A．热敏电阻温度升高，其他条件不变 B．热敏电阻温度降低，其他条件不变 C．光照增强，其他条件不变 D．光照减弱，其他条件不变 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 3．如图是苹果自动分拣装置的示意图，该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在电阻R1上，R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压较小，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道；当大苹果通过托盘秤时，R2两端能够获得较大电压，电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准，下列说法正确的是(　　) 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．压力越小R1越小 B．调节R2的大小不可以改变苹果的分拣标准 C．若要提高分拣标准，可只适当减小R2的阻值 D．若要提高分拣标准，可只增大电路中电源的电动势 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 4．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是(　　) 素养训练 学业评价 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属 B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离 C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移 D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 课时梯级训练（21） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第二册 J　 探究点一传感器应用举例 (2)散射型光电式烟雾报警器(图乙)中，发光元件和受光元件不是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。 平常温度低，双金属片膨胀几乎相同，上下触点接触在一起；电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数上层大下层小，温度升到一定时双金属片向下弯曲使触点断开，A、B错误，C正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度要更高一些，D正确。 由于有弹性铜片的存在，必须手动按下，磁铁和感温铁氧体吸合后才能开始工作，A正确，B错误；当温度升高到103 ℃，软铁内分子热运动加剧，软铁无法被磁化，永久磁铁对其不再有吸力，电路断开，C正确；通过题图示电路只能实现加热和自动断开功能，没有保温功能，D错误。 由报警器的原理可知发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在三极管上电阻变小与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，A、B错误；发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报，C正确，D错误。 探究点二自制简单的控制电路 A．φ2>φ3 B．φ2<φ3 C．φ2＝φ3 D．无法判断 规定电源负极的电势为零，则φ3＝，保持不变，而φ2＝＝，当有烟雾时，光敏电阻Rg增大，φ2增大，所以当φ2>φ3时，控制电路开始工作。故选A。 若试验时发现当有火时装置不响，说明此时电铃两端电压比较大，应增大滑动变阻器接入的阻值，从而减小电铃两端电压，故应把R2的滑片P向上移，B正确，A错误；增大电源电压，会使原来报警时电铃两端电压增大，需要使温度继续升高，减小热敏电阻R1，从而使电铃两端电压减小到报警时的电压，故增大电源电压，会使报警的临界温度升高，D正确，C错误。 电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体，它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。其特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103 ℃，就失去铁磁性，A、B正确；水沸腾后，由于锅内保持100 ℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103 ℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，它不能自动复位，从而停止加热。C错误，D正确。 电压表示数增大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，B、D正确，A、C错误。 由题可知，小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压较小，则根据闭合电路的欧姆定律有E＝IR1＋I(R并＋r)可知压力越小R1应该越大，则I越小，R2两端的电压较小，A错误；根据闭合电路的欧姆定律有E＝I(R1＋r)＋IR并 ，当适当减小R2的阻值，则R并减小，如果R1不变的情况下I增大，此时R2两端的电压比没有减小R2时的电压小，则分拣出的最小苹果比m0还要大；若只增大电路中电源的电动势，同理也会让I增大，此时R2两端的电压比没有增大电路中电源的电动势的电压大，则可分拣出的最小苹果比m0还要小，C正确、B、D错误。 由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错误，B正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C正确；利用双金属片热胀冷缩是控制电路的通断，D正确。 $$