第5章 3 利用传感器制作简单的自动控制装置（课件PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）江苏专版

该高中物理课件聚焦“传感器及自动控制装置制作”，通过防盗报警装置、光控开关等实验导入，衔接电路、电磁继电器等前序知识，搭建从理论原理到实践操作的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，设计器材测试、步骤操作等实验环节培养动手能力，结合温控电路、电子秤等实例（科学思维），联系路灯控制、火警报警等生活应用（科学态度与责任），助力学生提升核心素养，也为教师提供系统的教学资源。

第五章　传感器 3　利用传感器制作简单的自动控制装置 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 探究案 关键能力·互动探究 01 知能达标训练 03 提升案 随堂演练·基础落实 02 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 01 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 02 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 栏目导航 第五章　传感器 1 03 知能达标训练 点击进入Word 栏目导航 栏目导航 第五章　传感器 1 谢谢观看 栏目导航 第五章　传感器 1 [学业要求] 1．了解传感器应用的一般模式。 2．会设计简单的自动控制电路，提高分析、解决问题的能力。 3．了解传感器的应用。 一、实验目的 1．了解防盗报警装置和光控开关的工作原理。 2．练习用传感器制作简单的自动控制设备。 二、实验原理 1．门窗防盗报警装置 (1)电路图如图甲所示 (2)控制电路原理 ①闭合开关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吸引，继电器被接通，继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示为正常状态。 ②当门窗开启时，磁体M离开干簧管SA，干簧管失磁断开，使继电器断电，继电器动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器开始报警。 2．光控开关 (1)电路图如图乙所示 (2)电路工作原理 ①当环境光较强时，光敏电阻RG阻值很小，三极管不导通，发光二极管所在的电路相当于断路，即LED灯不亮。 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，按照图甲所示连接电路。 (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。 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。 　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，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。 [解析]　电路图如图所示。 工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。 [答案]　见解析 1．(自动控制电路的分析与设计)如图所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是(　　) ①若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极 ②若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极 ③若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中 ④若a、b处输入交变电流，铁芯2能被吸入线圈中 A．①③　　　　　 B．①④ C．②③ D．②④ 答案　B 　高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅。如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量m0＝500 kg的秤台平放在压敏电阻上，被称汽车停放在秤台上。已知电路中电源电动势为26 V、内电阻r＝10 Ω，电流表量程为0.3 A、内阻RA＝10 Ω，滑动变阻器R′的总电阻为500 Ω。如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线。某设计人员对电流表上刻度重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量，他先后进行了以下操作。g＝10 m/s2。 (1)断开开关S，撤去秤台上的汽车，把万用表的旋钮旋到欧姆“×10”挡，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，万用表的表针指到如图丙所示，则压敏电阻R此时的电阻值为____________ Ω。 (2)闭合开关 S，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为0.10 A，并在此处标注为0 kg，则此时滑动变阻器R′接入电路的电阻值为____________ Ω；2500 kg处应标注在____________A处。 (3)设计人员按上述操作逐个刻度赋值后，经长时间使用，发现电池的电动势略有减小、内电阻有所增大。他重新调节滑动变阻器，使秤台空载时电流表读数仍为0.10 A，然后再去测量汽车的重量。你认为现在的测量相比汽车真实重量____________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 [解析]　(1)欧姆挡选择“×10”，则阻值为16×10 Ω＝160 Ω。 (2)当仅有台秤时，压敏电阻的阻值为160 Ω，根据闭合欧姆定律得E＝I(R＋R′＋RA＋r) 2 500 kg的物体在台秤上时，由题图乙可知压敏电阻的阻值为100 Ω，根据闭合电路欧姆定律得E＝I1(R1＋R′＋RA＋r)，解得R′＝80 Ω，I1＝0.13 A。 (3)根据E＝I(R＋R′＋RA＋r)，可得R＝eq \f(E,I)－R′－RA－r，电池的电动势偏小，则相同的电流下，R的阻值偏小，结合题图乙可知汽车的质量偏小。 [答案]　(1)160　(2)80　0.13　(3)偏小 2．如图所示为一种常见的身高体重测量仪，它可以同时测量人的身高和体重。测重台自身质量为M0，水平安置在传感器上，已知传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当测重台不放任何物体时，传感器输出电压为U0。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收超声波的时间间隔；当测重台不放任何物体时，测量仪记录的时间间隔为t0。一同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U。 (1)测重台下的传感器是将____________信号转化为____________信号的装置。 (2)该同学的身高为____________，质量为____________。(用题中所给物理量字母表示) 解析　(1)测重台下的称重传感器是用来将重量信号或压力信号转换成电量信号的转换装置，所以可填“质量” “重量”或“压力”合理均可。 (2)设身高体重测量仪高度为L，人的身高为h，质量为m。当测重台上没有站人时，根据超声波的速度和位移关系得vt0＝2L，根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比得U0＝kM0g，当测重台上站人时，同理可得vt＝2(L－h)，U＝k(M0＋m)g，联立解得h＝eq \f(1,2)v(t0－t)，m＝eq \f(M0,U0)(U－U0)。 答案　(1)质量(或重量或压力)　电(或电量或电学)　 (2)eq \f(1,2)v(t0－t)　eq \f(M0,U0)(U－U0) 1．(自动控制电路的分析与设计)如图所示，某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点上下转动的铁片，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跟被控电路串联 B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联 C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联 D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联 解析　A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故选项A正确。 答案　A 2.(自动控制电路分析)小强用如图所示的恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。下列对故障判断正确的是(　　) A．只可能是热敏电阻出现故障 B．只可能是温度设定装置出现故障 C．热敏电阻和温度设定装置都可能 出现故障 D．可能是加热器出现故障 解析　由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误；若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误。 答案　C 3．(自动控制电路分析)如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体负温度系数热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感R2所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况是(　　) A．I变大，U变大　　　　 B．I变大，U变小 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小 解析　R2所在处出现火情时，温度升高，则R2的阻值减小。R2↓→ R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓，故显示器的电流I变小，由U＝E－I干r，I干变大，知U变小，故选项D正确。 答案　D 4．某研究性学习小组利用压敏电阻制作电子秤。已知压敏电阻在压力作用下发生微小形变，它的电阻也随之发生变化，其阻值R随压力F的变化如图(a)所示，其中R0＝15 Ω，斜率k＝1.4 Ω/N。小组同学按图(b)所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计)，电路中电源电动势E＝3.5 V，内阻r＝5 Ω，电流表量程为100 mA，内阻未知，g取10 m/s2。实验步骤如下： 步骤a：秤盘上不放重物时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏； 步骤b：秤盘上放置已知重力的重物G，保持滑动变阻器电阻接入电阻不变，读出此时电流表示数I； 步骤c：换用不同已知质量的重物，记录每一个质量值对应的电流值； 步骤d：将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。 (1)当电流表半偏时，压敏电阻大小为____________。(结果保留2位有效数字) (2)若电流表示数为20 mA，则待测重物质量为m＝____________ kg。(结果保留2位有效数字) (3)改装后的刻度盘，其零刻度线在电流表____________(填“零刻度”或“满刻度”)处。 (4)若电源电动势减小，内阻变大，其他条件不变，用这台电子秤称重前，进行了步骤a操作，则测量结果____________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析　(1)秤盘上不放重物时，闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表指针满偏，满偏电流Ig＝100 mA，此时Ig＝eq \f(E,r＋R0＋R滑)，解得R滑＝15 Ω，当电流表半偏时eq \f(1,2)Ig＝eq \f(E,r＋R滑＋Rx)，解得压敏电阻大小为Rx＝50 Ω (2)电流表示数为I0＝20 mA，I0＝eq \f(E,r＋R1＋R滑)，R1＝R0＋k·mg，联立得待测重物质量为m＝10 kg。 (3)由于压敏电阻阻值R随压力增大而增大，则电流表随压力的增大而减小，所以改装后的刻度盘，其零刻度线在电流表的满刻度处。 (4)根据操作过程a可知，当内阻增大，仍会使得电流表满偏，则滑动变阻器阻值会变小，即内阻与滑动变阻器阻值之和仍旧会不变，当测量时，由于电源电动势减小，导致电流偏小，压敏电阻的阻值偏大，测量结果偏大。 答案　(1)50 Ω　(2)10　(3)满刻度　(4)偏大 5．(光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关。如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果。 解析　电路连接如下图所示。当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭。当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮。 答案　见解析图 $