第5章 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册五维课堂同步课件PPT（人教版2019）

物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 乙 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第二册 合作探究攻重难 自主预习探新知 辨析易错提素养 课堂自测夯基础 课后素养提升练 第3节　利用传感器制作简单的自动控制装置 [知识梳理] 一、实验目的 1．知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能． 2．会利用传感器制作简单的自动控制装置． 3．掌握门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理． 二、实验器材 1．发光二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态；在反向电压作用下电阻很大，处于截止状态． 2．晶体三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件．其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关． 3．电磁继电器：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”． [实验1]　门窗防盗报警装置 1．实验器材和装置 (1)实验电路图 (2)实验器材 序号 名称 规格型号 数量 1 干簧管SA 常开型 1 2 继电器 JQX－14FC 5 V 1 3 发光二极管LED 绿色 1 4 电阻R 330 Ω 1 5 蜂鸣器H 有源型 1 6 电源 干电池6 V 1 7 小磁体 1 8 开关 1 2.电路工作原理 闭合电路开关S，系统处于防盗状态． (1)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． (2)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． 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，按照电路图所示连接电路． (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． [实验2]　光控开关 1．实验器材和装置 (1)实验电路图 若想采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器(K)来启、闭另外的供电电路． (2)实验器材 序号 名称 规格型号 数量 1 可调电阻R1 最大电阻为51 kΩ 1 2 限流电阻R2 330 Ω 1 3 光敏电阻RG 暗电阻＞1 MΩ 亮电阻＜3 kΩ 1 4 三极管VT 8050 1 5 发光二极管LED 红色 1 6 继电器 HRS1H－S 5V或 JQX－14FC 5V 1 7 小灯泡L 6 V 0.3 A 1 8 二极管D IN4001 1 9 电源 干电池6 V 1 2.电路工作原理 (1)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． (2)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． 电磁继电器工作原理与分析 [例1]　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RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示 当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热． [答案]　见解析 ◆[跟进训练] 1．(多选)如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D向下吸，C线路接触；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则(　　) A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用 C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用 D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长 解析：BC　[由题意可知，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，这时虽然B线圈的开关S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生．当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确．如果此时断开B线圈的开关S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确．] 2．如图所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触．若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在________位置，绿灯泡应安在________位置(填“A”或“B”)． 解析：水位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置． 答案：B　A 光控开关工作原理与分析 [例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，符号 ，额定功率40 W，额定电压36 V， 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 ◆[跟进训练] 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 解析：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，故选项B、C正确，A、D错误．] 2．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其原理简化如下：调节可变电阻R1使U23＝0.当有烟雾时，eq \x(M741)开始触发工作，其中Rg是光敏电阻．由此可知，要使eq \x(M741)开始工作，则应满足(　　) A．φ2>φ3　　　 B．φ2<φ3 C．φ2＝φ3 D．无法判断 解析：A　[规定电源负极的电势为零，则φ3＝eq \f(ER4,R3＋R4)保持不变．而φ2＝eq \f(ERg,R1＋R2＋Rg)＝eq \f(E,\f(R1＋R2,Rg)＋1)，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．] 1．(电磁继电器与传感器)如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈．P为可经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可跟被控电路串联 B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联 C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联 D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联 解析：A　[由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或排斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．所以选项A正确．] 2．(电磁继电器与传感器)如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是(　　) A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡 B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃 C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡 D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃 解析：C　[甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻．热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，选项C正确．] 3．(热敏传感器)传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问： (1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)点． (2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________(选填“左”或“右”)移动． (3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是_______________________________________________． 解析：(1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，电磁铁的磁场变强，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点． (2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值． (3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，电磁铁的磁场弱，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，电磁铁对衔铁的引力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少． 答案：(1)a　(2)左　(3)乙图中的电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大(任选一条) 4．(斯密特触发器)如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，试说明其工作原理． 解析：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭． 答案：见解析 5．(光控电路)如图甲(a)所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定．电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图甲(b)所示，试根据这一特性由图乙中给定的器材设计一个自动光控电路． 解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大．根据题意设计的自动光控电路如图所示．控制过程是：当有光照时，输入电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，输入电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作． 答案：见解析图 $$