5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 5.3+利用传感器制作简单的自动控制装置 学习目标 人教版(2019)选必修 第二册 1.了解门窗防盗装置、光控电路的电路图及工作原理。 2.利用干簧管、光敏电阻等元件根据实际应用场景的需求，将这些元件组合、连接，实现对实验电路的设计。 3.会利用干簧管、光敏电阻等元件制作简单的自动控制装置，如门窗防盗装置、光控开关电路等。 1 复习回顾 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 2 新课导入 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？ 观看动画，回忆电磁继电器的工作原理 电源 输入端 常闭触点 动触点 常开触点 学习任务一：实验1：门窗防盗报警装置 思考：如何设计用干簧管控制的防盗报警电路？ 靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮； 远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。 干簧管 序号 名称 规格型号 1 干簧管SA 常开型 2 继电器 JQX-14FC 5V 3 发光二极管LED 绿色 4 电阻R 330Ω 5 蜂鸣器H 有源型 6 电源 干电池6V 7 小磁体 8 开关 基本元件 实验1 门窗防盗报警装置 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。 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。 1.实验器材和装置 实验电路图 实验器材 电磁继电器 干簧管: 作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在 继电器：作为执行装置 二极管：作为电路正常工作提示 2.电路工作原理 关门时，干簧管磁化接通，指示灯亮 开门时，干簧管断开，指示灯灭，警报器响起。 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。 电路设计和实验模拟 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。 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，按照图5.3-2所示连接电路。 学习任务评价一 【例1】下图中关于传感器的应用，说法正确的是（　　） A．干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的 B．机器人“眼睛”利用了光传感器 C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度 D．火灾报警器是通过感知温度触发报警的 B 学习任务二： 光控开关 光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭? 实验2 光控开关 1、 实验的基本思想 在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。 光照弱，路灯开启； 光照强，路灯熄灭。 光敏电阻 工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作， 需要放大电路。 晶体三极管 放大电流 电压达到一定值就可以放大电流 三极管 基本元件参数、功能表数表 序号 名称 规格型号 1 可调电阻R1 最大电阻51K 2 限流电阻R2 330Ω 3 光敏电阻RG 暗电阻>1MΩ、亮电阻<3K 4 三极管VT 8050 5 发光二极管LED 红色 6 继电器 JQX-14FC 5V 7 小灯泡L 6V 0.3A 8 二极管D 1N4001 9 电源 干电池6V 1.实验器材和装置 三极管: 作为放大电流，以及控制电路通断的作用 RG：光敏电阻 二极管：模仿路灯 三极管电路符号及实物图 为了能够驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路。 思考：请你分析一下这个电路是如何实现光控的？ R1 R2 RG LED VT b c e +Vs 0 V 光照强时，RG阻值很小 Ube较小， Ib=0 三极管处于截止状态 二极管不发光 2.电路工作原理 强光→RG很小→三极管不导通→小灯泡不亮。 2.电路工作原理 弱光→RG很大→三极管有大电流→小灯泡亮。 R1 R2 RG LED VT b c e +Vs 0 V 光照弱时，RG阻值很大 Ube较大， Ib≠0 三极管处于导通状态 二极管发光 思考：请你分析一下这个电路是如何实现光控的？ 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。 3.实验操作 ①按照图5.3-5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R，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。 1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？ 应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。 2、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？ 由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路。 思考与讨论 光控开关 学习任务评价二 【例2】把光敏电阻(光照越强，阻值越小)接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，则（ ） A.干簧管应用了电磁感应原理 B.增大了电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才可能报警 C.增大了电源B的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 D.增大了电源A的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 B 学习任务三： 烟雾散射式火灾报警器 拓展学习 报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报． 天花板上的火灾报警器 结构和原理 双金属片温度传感器在电熨斗中的应用——双金属片温度传感器 原理:热胀冷缩 常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。 双金属片温度传感器实验原理 （1）原理：常温触点闭合，温度较高时，双金属片向下弯曲，触点分离。 （2）熨烫棉麻衣物，温度较高才分离，调温旋钮向下旋紧 （3）熨烫丝绸衣物，温度稍高立即分离，调温旋钮应向上旋松。 ＋ － 探究：若要调高电熨斗工作温度，如何调节调温旋钮？ 应该向下移动调温旋钮； 接通电源 电热丝→升温 双金属片→下弯 动静触点→断开 动静触点→闭合 温度→降低 交流 220v 自动调温过程 双金属片形变控制工作温度： 下调：温度高，触点断开 上调：温度低，触点断开 热敏传感器（感温铁氧体“居里点”）： 感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升 高到103℃时便失去了铁磁性，这个温度称 为这种材料的“居里温度”或“居里点”； 探究 ①电饭煲开始做饭时压下开关按钮的作用？ ②用电电饭煲烧水，水沸腾电饭煲能不能自 动断电？ 拓展：动手制作 制作声控灯 制作灯光控小夜灯 课堂小结 自动控制装置的共性结构： 核心逻辑： 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）。 1.应变片传感器： 把压力变化引起的形变转换为电阻； 2.双金属片传感器： 把温度变化引起的形变转换为电阻； 3.铁氧体传感器： 把温度变化引起的有无磁性转换为开关； 4.光敏传感器： 把光强弱转换为电阻大小； 课堂练习 【1】在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（　　） A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响 C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响 B 【解析】由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。故选B。 【2】(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 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。 坚持很酷 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.5.7 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $