5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置（课件PPT）-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

第五章　传感器 5．3　利用传感器制作简单的自动控制装置 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 目录 contents Part 01 课前预习 梳理教材 课堂探究 核心突破 Part 02 课堂达标 素养提升 Part 03 课时作业（十九） Part 04 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 课前预习 梳理教材 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 课堂探究 核心突破 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 第五章　传感器 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修2 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②当环境光较弱时，光敏电阻RG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LED灯所在电路形成通路，LED灯被点亮。 三、实验器材 1．防盗装置实验：干簧管(常开型)、继电器、发光二极管、电阻(330 Ω)、蜂鸣器、电源(6 V)、小磁体、开关。 2．光控开关实验：可调电阻R1(最大阻值51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻(暗电阻>1 MΩ，亮电阻<3 kΩ)、三极管(8050)、发光二极管、继电器、小灯泡(6 V，0.3 A)、二极管(IN4001)、电源(6 V) 四、实验步骤 1．防盗装置实验 (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。 2．光控开关实验 (1)按照图所示连接电路，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。 如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。 五、注意事项 1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。 2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则电磁继电器不能正常工作。 3．要想天更暗时路灯才亮应把电阻R1的阻值调大些。 一、报警系统的电路问题 　现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。 (1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。 (2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统： ①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于__________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是___________________________。 ②将开关向________(填“a”或“b”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_______________________。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 【解析】　(1)电路图连接如图。 (2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)，代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。 (3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝eq \f(18,650.0) A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。 【答案】　(1)连线见解析图　(2)R2 (3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c　报警器开始报警 ◆针对训练1　如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，可知灯的亮灭情况能反映门的开关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比(　　) A．红灯亮，UR2变大　　 B．绿灯亮，UR2变大 C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小 【解析】　当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，则总电阻减小，总电流I增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝eq \f(UR2,R2)减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，电磁继电器产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，选项D正确。 【答案】　D 二、光控开关的应用 　光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，如图所示为其模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯。试简述其工作原理。 【解析】　开关合上后，白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极，使电路接通，电磁铁中的强电流将衔铁吸下，照明电路断开，灯泡不亮。夜晚，光电管中无电子逸出，电路断开，弹簧将衔铁拉上，照明电路接通，这样就达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果。 【答案】　见解析 ◆针对训练2　某研究学习小组设计的模拟街道路灯自动控制系统的电路图如图所示，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为电灯供电。为达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果，电灯应接在________(选填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，将电路补充完整。 【解析】　该模拟电路的工作原理是：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁线圈中电流的大小，即可调节电磁铁磁性的强弱，吸下或者释放衔铁，从而控制灯的亮灭，即达到天亮灯熄、天黑灯亮的效果。因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电磁铁线圈中电流较大，磁性较强，可将衔铁吸下；又因为天亮时需要使灯熄灭，所以灯应接在A、B之间。电路连线时直接将D、E两端与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可。电路如图所示： 【答案】　A、B　见解析图 1．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__________移动(选填“左”或“右”)。 (3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，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)由题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，时对铁的引力变大，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或线圈匝数太少，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁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。 【答案】　(1)a　(2)左　(3)可能是乙图中的电源电压太低或电流太小或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大 2．为了节能和环保，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)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表： 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。___________________________________ (2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响) 提供的器材如下： 光敏电源E(电动势3 V，内阻不计)； 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出) 开关S及导线若干。 【解析】　(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。 特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。 (2)电路原理图如图所示。 控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1。 【答案】　见解析 $$