第五章 3．利用传感器制作简单的自动控制装置-【名师导航】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册教师用书配套课件（人教版）江苏专用

该高中物理课件聚焦“利用传感器制作简单的自动控制装置”，通过组装门窗防盗报警、光控开关实验导入，知识点从原理、器材、步骤到典例分析、随堂评估，构建递进式学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，结合光敏/热敏电阻应用实例，培养科学探究与科学思维，联系防盗、节能等实际体现社会责任。实验驱动教学让学生提升动手与问题解决能力，教师可高效开展实践教学。

第五章　传感器 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [学习目标]　1．了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置。2．了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 必备知识·自主预习储备 实验1　门窗防盗报警装置 一、实验原理与方法 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。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。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。 干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则 相当于一个自动的双向开关。 第一单元　伟大的复兴·中国革命传统作品研习 二、实验器材 干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻。 三、实验步骤 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。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 实验2　光控开关 一、实验原理与方法 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。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 甲　　　　　　　　　　乙 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 二、实验器材 发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。 三、实验步骤 1．按照图乙所示连接电路，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。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 四、注意事项 1．安装前，对实验器材进行测试，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。 3．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。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 关键能力·情境探究达成 【典例1】　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照度而发生变化的元件(光照度可以反映光的强弱，光越强光照度越大，光照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同光照度下的阻值如下表： 光照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 第一单元　伟大的复兴·中国革命传统作品研习 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随光照度变化的曲线，并说明阻值随光照度变化的特点：_____________________。 (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，光照度降低至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) 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 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。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。 特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。 甲　　　　　　 (2)电路原理图如图乙所示。 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，光照度降低至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 　　乙 【典例2】　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120 ℃时，系统报警。提供的器材有： 热敏电阻(该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在120 ℃时阻值为700.0 Ω)；报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，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)； 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)； 直流电源(输出电压U约为18 V，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，调节的 报警系统电路原理图如图所示。 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (1)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。 (2)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________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________ _______________________________________。 ②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至____________________。 R2　 700.0 b 器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 接通电源后，流过报警 c　 报警器开始报警 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (3)滑动变阻器滑片的位置________(选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”)，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 (4)若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统，要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650 Ω，则需将上述电路中的__________换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到________Ω，然后重复上述操作即可。 不变　 热敏电阻 650.0 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)电源为18 V，而报警时的电流为10 mA，此时电阻约为： R＝ Ω＝1 800 Ω； 而120 ℃时热敏电阻的阻值为700.0 Ω，故滑动变阻器接入电路的电阻约为1 100 Ω。故应选择R2。 (2)①因要求热敏电阻达到120 ℃时报警，此时电阻为700.0 Ω，故应将电阻箱调节至700.0 Ω，然后由最大阻值处调节滑动变阻器，直至报警器报警，故开始时滑片应在b端，目的是避免接通电源后流过报警器的电流超过20 mA，报警器可能损坏；②将开关接到c端与电阻箱连接，调节滑动变阻器直至报警器开始报警即可，然后再接入热敏电阻，电路即可正常工作。 (3)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。 (4)需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到650.0 Ω，然后重复上述操作即可。 学习效果·随堂评估自测 1．(源自鲁科版教材)如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则： 第一单元　伟大的复兴·中国革命传统作品研习 (1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)。 (2)如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。 甲　　　　　　　　乙 A、B端 260 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。 (2)要使恒温箱内的温度保持在50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为I＝20 mA。由闭合电路欧姆定律得I＝，式中r为继电器的电阻，解得R＋R′＋r＝450 Ω。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω，所以R′＝450 Ω－R－r＝260 Ω。 2．如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将所称物体重量变换为电信号的过程。 甲　　　　　　乙　　　　　　丙 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (1)简述拉力敏感电阻丝的阻值随拉力变化的原因： __________________________________________________________________________。 电阻丝受拉力时，长度增加而横截面积减小，根据电阻定律知其阻值增大 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (2)小明找到一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E约15 V，内阻约2 Ω；灵敏毫安表量程为10 mA，内阻约5 Ω；R是电阻箱，最大阻值是9 999 Ω；RL接在A、B两接线柱上，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，接通电路完成下列操作。 a．滑环下不吊重物时，调节电阻箱，当电流表为某一合适示数I时，读出电阻箱的读数R1； 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ； c．调节电阻箱，使_____________________________________，读出此时电阻箱的读数R2； d．算得图乙直线的斜率k和截距b； 则待测重物的重力G的表达式为G＝______________(用以上测得的物理量表示)，测得θ＝53°(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)，R1、R2分别为1 052 Ω和1 030 Ω，结合乙图信息，可得待测重物的重力G＝________N(结果保留三位有效数字)。 电流表的示数仍为I 132　 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (3)针对小明的设计方案，为了提高测量重量的精度，你认为下列措施可行的是________。 A．将毫安表换成量程不同、内阻更小的毫安表 B．将毫安表换成量程为10 μA的微安表 C．将电阻箱换成精度更高的电阻箱 D．适当增大A、B接线柱之间的距离 C、D 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)电阻丝受拉力时，长度增加而横截面积减小，根据电阻定律知其阻值增大。 (2)根据等效替代法测电阻，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I；由其阻值随拉力变化的图像可得： k＝＝Ω/N＝0.2 Ω/N， 由平衡条件得：2ΔF cos θ＝G， 由等效替代法测电阻得：ΔR＝R1－R2， 联立解得：G＝， 可得待测重物的重力 G＝N＝132 N。 (3)为了提高测量重量的精度，将电阻箱换成精度更高的电阻箱，适当增大A、B接线柱之间的距离，使得拉力敏感电阻丝的受力大一些。根据闭合电路欧姆定律得电流I＝有几毫安，所以不能将毫安表换成量程为10 μA的微安表，且不能将毫安表换成其他量程。故选CD。 3．在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置： (a) (b) 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2 kΩ，R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示。当a、b两点电势φa<φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为________℃，恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为________。 25　 Rt>3 kΩ 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图(c)所示。该加热器向周围散热的功率为PQ＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20 ℃)，k＝0.1 W/℃。 (c) 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 ①当PR＝PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为____________℃； ②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________(填选项前的字母序号)。 A．20～24 ℃ B．32～36 ℃ C．48～52 ℃ D．60～64 ℃ 68～72均可 B 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)由题图(a)可知，当满足＝时，即Rt＝3 kΩ时，φa＝φb，此时由题图(b)可知温度为25 ℃，即恒温箱内的稳定温度为25 ℃； 恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为Rt>3 kΩ。 (2)①PQ＝0.1(t－t0)，PQ与温度t之间关系的图像如图： 由图可知，当温度为70 ℃左右时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化； ②当温度稍高于稳定温度时：加热器电阻增大，产生的焦耳热的功率小于散热的功率，温度将下降；当温度稍低于稳定温度时：加热器电阻减小，产生的焦耳热的功率大于散热的功率，温度将上升。当温度为34 ℃左右时，两功率差值最大，加热时间最短，故选B。 4．(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。 增强 敏感 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。 甲　　　　　　　　乙 丙 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 (a)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。 (b)将该小灯泡接入如图丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。 A 0.69 图见解析 2.33 必备知识 关键能力 学习效果 3．利用传感器制作简单的自动控制装置 [解析]　(1)题图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略增大，而热敏电阻的阻值显著减小。所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。 (2)(a)为方便实验操作，滑动变阻器应选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示。 (b)由图甲可知，通过灯泡的电流是0.3 A时，灯泡两端电压是2.3 V，则灯泡功率P＝UI＝2.3 V×0.3 A＝0.69 W；电源电动势是3 V，过点(0.3 A，2.3 V)和纵轴上3 V的点作一直线，该直线是电源的U-I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r≈2.33 Ω。 $