5.3 用传感器制作自动控制装置&5.4 利用智能手机中的磁传感器研究磁现象（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第三节　用传感器制作自动控制装置 第四节　利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 栏目索引 实验基础 梳理 随堂达标 训练 实验素养 提升 实验基础 梳理 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 实验素养 提升 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 随堂达标 训练 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 返回导航 物理 选择性必修 第二册 Y 第五章　传感 谢谢观看！ 课程内容要求 核心素养提炼 会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及其工作原理． 2．能够分析光控开关的工作原理． 3．培养学生实验动手能力，体会物理知识在实际中的应用． 4．体验从原理到应用的过程，激发学生学习热情，培养学生科学严谨的学习态度和勇于探索的创新精神 实验属性 学生必 做实验 [对应学生用书P105] eq \a\vs4\al(一、实验目的) 1．了解光控开关的工作原理． 2．练习用传感器制作自动控制设备． eq \a\vs4\al(二、实验器材) 二极管VD、单向晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R、灯泡L、电源、导线、开关等． eq \a\vs4\al(三、实验原理) 1．实验探究方案 2．工作原理 分析图的实验探究方案可知，当白天光线较强时，光敏电阻RG呈低电阻，此时，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，而流向门极G的电流变小，不足以触发导通VS，VS处于关断状态，灯泡不亮．当夜幕降临时，光线减弱，RG呈高电阻，流向门极G的电流增大，从而触发导通VS，灯泡L发亮． eq \a\vs4\al(四、实验操作) 1．按照电路图连接电路，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，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭． [对应学生用书P106] eq \a\vs4\al(要点一　数据处理) 为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件，照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为(lx). 甲 (1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表，根据表中已知数据，在如图甲所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图像可求出照度为1.0 lx时的电阻约为__________kΩ. 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 5.8 3.7 2.8 2.3 1.8 (2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(选填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件． 乙 丙 (3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的街铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，0.1 A).要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(选填“R1”“R2”或“R3”).为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(选填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻． 解析　(1)根据图像直接读出照度为1.0 lx时对应的电阻约为2.0 kΩ. (2)光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，衔铁将被吸住；静触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与A接通．所以要达到晚上灯亮，白天灯灭的效果，路灯应接在AB之间．电路图如图． (3)欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10 Ω”，所以电阻值是14×10 Ω＝140 Ω；天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2 kΩ，电路中的电流是 2 mA，R＝ eq \f(E,I) －R光＝ eq \f(6,2×10－3) Ω－2 000Ω＝1 000Ω，所以要选择滑动变阻器R3.由于天色变暗时，光敏电阻变大，分得的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻． 答案　(1)2.0　　(2)AB　图见解析 (3)140　R3　减小 eq \a\vs4\al(要点二　实验创新) 高二物理课外兴趣小组的一同学在科技创新大赛中根据所学物理知识设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”，如图(a)所示，它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景．它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机就工作，拍摄违规车辆．光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光．图(b)是压敏电阻阻值随压力变化的图像． (1)要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到________光(选填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合； (2)已知控制电路电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，继电器电阻为9 Ω，当控制电路中电流大于0.06 A时，衔铁会被吸下．则只有质量超过________kg的车辆违规时才会被记录．(重力加速度取10 m/s2) 解析　(1)因是“闯红灯违规证据模拟记录器”，故光控开关应在接收到红光时自动闭合． (2)由闭合电路欧姆定律I＝ eq \f(E,R＋r) 可得， eq \f(E,R＋R1＋r) ≥0.06 A, 其中继电器电阻R1＝9 Ω，电源内阻r＝1Ω，可解出R≤90 Ω，再由R­F图像可读出当R＝90 Ω时F＝4 000 N，由G＝mg 可求出m＝400 kg，故只有质量超过400 kg的车辆违规时才会被记录. 答案　(1)红　　(2)400 [训练1]　(多选)如图所示为控制路灯自动亮、熄的控制装置，RG为光敏电阻，A为斯密特触发器(当输入端电压升高至某一特定值时，输出端Y会由高电平跳至低电平)的输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮，下列说法正确的是(　　) A．天黑时，Y处于高电平 B．天黑时，Y处于低电平 C．当R1调大时，天更暗时，灯才点亮 D．当R1调大时，天较亮时，灯就能点亮 BC　[天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，B、C正确，A、D错误．] [训练2]　城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示，1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA. (1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图． 光敏电阻R1，符号 灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号 eq \a\vs4\al(⊗) 保护电阻R2，符号 电磁开关，符号 蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干． (2)回答下列问题： ①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围是________Ω. ②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明． 解析　(1)电路原理如图所示． (2)①由题意知，最大电流Im＝100 mA，则 Um＝ImR＝100×10－3×200 V＝20 V 又E＝I(R2＋R) 因 50 mA＜I≤100 mA 代入数据解得160 Ω≤R2＜520 Ω. ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开． 答案　(1)见解析图 (2)①20　160～520　　②见解析 [对应学生用书P108] 1．(光敏电阻的应用)某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求路灯夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的(　　) A．压敏性　　　　　　　　　 B．光敏性 C．热敏性 D．三种特性都利用了 B　[半导体能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，B正确．] 2．(干簧管的应用)如图1所示，将一对磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件——干簧管，以实现自动控制．某同学自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图2所示．干簧继电器在工作中所利用的电磁现象不包括(　　) A．电流的磁效应 B．磁场对电流的作用 C．磁极间的相互作用 D．磁化 B　[S闭合时，控制电路接通，线圈产生磁场，舌簧被磁化，在两舌簧端面形成异名磁极，因相互吸引而吸合，于是工作电路接通；S断开时，两舌簧退磁，在弹力作用下分开，工作电路断开，故该装置中利用了电流的磁效应、磁化及磁极间的相互作用，没有利用磁场对电流的作用．A、C、D错误；B正确．] 3．(超导元件的应用)(多选)世界首台500 kV高温超导限流器在南方电网调试成功，标志着我国在超高压超导电力应用领域取得重大突破．高温超导限流器如图所示，超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I>IC时，将造成超导体“失超”，即从超导态(本题认为电阻为零)变为正常状态(本题认为是一个纯电阻)，以此来限制电力系统故障电流，已知超导部件正常电阻R1＝3Ω，超导临界电流IC＝1.2 A，限流电阻R2＝6 Ω，小灯泡L上标有“6 V 6 W”，电源电动势E＝8 V，内阻r＝2 Ω. 原来电路正常工作，现在L突然短路，则(　　) A．短路前通过超导部件的电流为 eq \f(2,3) A B．超导部件将由超导态转变为正常态 C．短路后通过超导部件的电流为 eq \f(4,3) A D．短路后通过超导部件的电流为2 A BC　[小灯泡上标有“6 V，6 W”，故该灯泡的电阻RL＝6 Ω，短路前超导部件处于超导态，电路的总电阻R＝RL＋r＝8 Ω，总电流I＝ eq \f(E,R) ＝1 A，通过超导部件的电流为I1＝1 A，A错误；短路后超导部件处于正常状态， R1＝3 Ω，超导部件与R2并联后的总电阻为2 Ω，电路的总电阻R′＝4 Ω，总电流I′＝ eq \f(E,R′) ＝2 A，通过超导部件的电流I1′＝ eq \f(R2,R1＋R2) I′＝ eq \f(4,3) A，B、C正确，D错误．] 4．(磁敏元件的应用)如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小，下列说法正确的是(　　) A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 C　[在电路中GMR与可变电阻串联，若存在磁铁矿，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小，从而使加载到三极管VT的基极b端的电势变高，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指示灯、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通，指示灯变亮，当将电阻调大时，若遇到磁场，GMR电阻减小，导致b端的电势很快达到高电势，使三极管被导通，指示灯点亮，从而提高该探测仪的灵敏度．C正确，A、B、D错误．] $$