3. 利用传感器制作简单的自动控制装置（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第五章 传感器 人教版（2019）选择性必修 第二册 3. 利用传感器制作简单的自动控制装置 目录 知识回顾 1 学习目标 2 重点难点 3 门窗防盗报警装置 4 核心元件功能总结 6 光控开关 5 课堂小结 7 随堂练习 8 2 知识回顾 一、传感器的核心功能 传感器的核心功能是将非电学量转换为电学量或电路通断 干簧管的通断由磁场控制，光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小 电路的基本组成包括电源、用电器、导线、开关。 二、电路的基本组成 三、干簧管与光敏电阻的作用 学习目标 物理观念 理解门窗防盗报警装置、光控开关的工作原理，掌握电磁继电器、三极管的基本功能，深化“非电学量→电学量→控制信号”的转换观念。 科学思维 分析实验电路的逻辑结构，拆解“传感→控制→执行”的工作链条，能进行简单定量计算，归纳自动控制装置的共性特征。 科学态度与责任 体会物理知识的工程应用价值，树立安全实验、规范操作的意识，培养严谨务实的工程素养与社会责任观念。 科学探究 参与实验装置的组装与调试，记录实验现象，排查故障并优化，设计简易自动控制装置，培养实验操作与创新能力。 教学 难点 教学 重点 电路结构与园林 门窗防盗报警装置、光控开关的电路结构与工作原理。 元件的核心作用 电磁继电器、三极管在电路中的核心作用。 组装与调试 实验装置的组装、调试流程。 三极管 三极管的放大原理在光控电路中的应用。 电磁继电器 电磁继电器的触点切换机制与干簧管、光敏电阻的配合逻辑。 故障分析 实验故障的分析与排查 重点难点 课堂导入：问题导入 家庭防盗报警、楼道光控路灯自动亮灭、现代智能安防 门窗被非法开启时，报警装置如何自动触发？光控路灯为何能在天黑后自动点亮？这些装置的核心控制逻辑是什么？ 01 PART 01 第一部分 门窗防盗报警装置 探究新知 7 简单的门窗磁控防盗报警装置示意图 实验目的：了解门窗报警装置的原理 门的上沿嵌入一小块永磁体 M，门框内与M 相对的位置嵌入干簧管 SA，并将干簧管接入报警电路。干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断 探究新知：门窗磁控防盗报警装置 作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在 电磁继电器 继电器则相当于一个自动的双向开关。 作为电路正常工作提示 你能根据以上器材设计出门窗报警器的电路吗？ 干簧管 发光二极管 探究新知：核心元件 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 5V 1 3 发光二极管LED 绿色 1 4 电阻R 330Ω 1 5 蜂鸣器H 有源型 1 6 电源 干电池6V 1 7 小磁体 　 1 8 开关 　 1 探究新知：实验器材 实验原理图 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。 闭合电路开关S,系统处于防盗状态。 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。 当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮 当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。 探究新知：电路逻辑 元件检查：用磁体靠近干簧管，验证其通断功能；讲解继电器引脚定义，明确线圈与触点的连接方式 电路搭建：学生按原理图连接电路，强调电源正负极、电阻限流（保护LED和继电器）的重要性。 探究新知：实验操作 调试操作：门窗紧闭（磁体靠近干簧管），观察LED发光；开启门窗（磁体远离），观察蜂鸣器报警。 问题排查：若报警失灵，检查干簧管与磁体的距离、继电器接线是否正确；若误报警，调整磁体位置确保干簧管可靠吸合。 探究新知：功能调试 02 PART 02 第二部分 光控开关 探究新知 14 你能根据以上器材设计出光控路灯的电路吗？ 作为放大电流，以及控制电路通断的作用 三极管 光敏电阻 作为传感器，用于感知光线的强弱 探究新知：核心元件 序号 名称 规格型号 数量 1 可调电阻R 最大电阻为51 kΩ 1 2 限流电阻R 330Ω 1 3 光敏电阻RG 暗电阻>1MΩ 亮电阻<3kΩ 1 4 三极管 VT 8050 1 5 发光二极管LED 红色 1 6 继电器 HRSIH-S5V或 JQX-14FC 5V 1 7 小灯泡L 6V 0.3A 1 8 二极管D IN4001 1 9 电源 干电池6V 1 探究新知：实验器材 当环境的光比较强时,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。 当环境的光比较弱时,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。 强光→RG很小→三极管不导通→小灯泡不亮。 弱光→RG很大→三极管有大电流→小灯泡亮。 探究新知：电路逻辑 （1）按照图所示连接电路，检查无误后，接通电源。 （2）参数调节：让光敏电阻受强光照射，调节电阻R₁使LED刚好不发光（校准临界值）。 （3）调试操作：用手电筒照射（强光），观察LED熄灭；遮挡光敏电阻（弱光），观察LED发光 （4）灵敏度调节：改变电阻R₁的阻值，观察光控临界值的变化，理解电阻对灵敏度的影响。 探究新知：实验操作与功能验证 探究新知：实验视频 03 PART 03 第三部分 核心知识总结 探究新知 20 自动控制装置的共性结构： 核心逻辑： 探究新知：知识总结 传感器（感知非电学量）→ 控制元件（继电器/三极管）→ 执行元件（蜂鸣器/LED/灯泡）。 非电学量→电学量（传感器转换）→ 控制信号（继电器/三极管处理）→ 执行动作（执行元件响应）。 04 PART 04 第四部分 随堂练习 随堂练习 22 随堂练习 1.如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是(　　) A．电磁继电器与发电机工作原理相同 B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关 C．电磁铁工作时，上端为S极 D．当有人闯入保密室时，b灯亮 答案　D 解析　电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。 随堂练习 随堂练习 2.光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用。街道路灯自动控制就是其应用之一，如图所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流信号放大器，D为路灯。请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果。 答案　见解析图 解析　当有光照射时，光敏电阻阻值较小，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，光敏电阻阻值增大，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，控制路灯电路接通，路灯开始工作，电路如图所示。 随堂练习 随堂练习 3．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用，乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列说法正确的是(　　) A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 答案　A 解析　门关上时，磁条与触发器刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确。触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是由铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误。无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误。本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误。 随堂练习 随堂练习 4.(多选)如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置。则下列说法正确的是(　　) A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压变大 B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压减小 C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 随堂练习 答案　BC 解析　R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误。 课堂小结 门窗防盗 光控开关 知识总结 原理与器材 核心元件 共性结构与核心逻辑 电路与控制 电路 电路构建 参数调节 功能验证 科学方法 逻辑推理法 电路分析法 模型建构法 关键规律 门窗防盗电路 光控开关 利用传感器制作简单的自动控制装置 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 Lavf59.6.100 $