5.3 用传感器制作自动控制装置　5.4 利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第二册

第三、四节　用传感器制作自动控制装置　利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 第五章　传感器 学会利用传感器制作自动控制装置。 进一步理解常用传感器的工作原理及应用。 02 01 重点 当你漫步在深夜的走廊，声控灯应声而亮；走进银行大门，自动门悄然开启；寒冬里孵小鸡的恒温箱始终保持着适宜温度，夜幕降临时路灯又准时照亮回家的路……这些便利又智能的场景，你是否好奇背后的“隐形功臣”是谁？ 这个神奇的装置，就是我们今天要解锁的主角 ——传感器。大到航天卫星的姿态调控，小到手机的屏幕亮度调节，传感器无处不在。它到底是如何 “听懂” 声音、“看清” 物体、“摸准” 温度的？今天这节课，就让我们一起走进传感器的世界，揭开它感知万物的神秘面纱。 公司logo 公司logo 情境导入 紫外线传感器 仿生传感器 磁光效应传感器 传感器 它能够感知诸如力、温度、光、声、磁场、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。 传感器 光控电路的原理 和设计 01 硫化镉 光敏电阻 硫化镉是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能差；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 光敏电阻 光敏电阻 把硫化镉涂敷在绝缘板上，在其表面再用银浆涂敷两个互不相连的梳状电极，这样就制成了一个光敏电阻。 光敏电阻 原理 硫化镉表面受到的光照强度不同时，两个电极间的电阻也不一样，光敏电阻是光电传感器中常见的光敏元件。 特性 光敏电阻对光敏感，当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。一般会随着光照强度的增大而电阻值减小。 实验：观察光敏电阻特性 实验器材： 将灯泡L、光敏电阻RG、电源、开关连成如图所示的电路。 灯泡亮度与光照强度的关系： ①白天光线变强时，光敏电阻RG阻值变小，路端电压变小，灯泡L亮度较暗。 ②夜晚光线变弱时，光敏电阻RG阻值变大，路端电压变大，灯泡L亮度增加。 光控电路的设计原理 电路设计图 光控原理分析 ①白天光线较强时，RG呈低电阻，通过VD和R后的电流主要分流到RG支路，流向门极G的电流变小，不足以触发导通VS，VS处于关断状态，灯泡不亮。 ②夜晚光线减弱，RG呈高电阻，流向门极G的电流增大，触发导通VS，灯泡L发亮。 光控自动照明装置制作 三极管工作原理 二极管 1.光控电路的设计是将哪种非电学量转化为哪种电学量的？ 将光照强度这一光学量转化为电阻大小这一电学量，从而控制电路的电流。 2.光控自动照明装置是利用了哪个特殊电学元件，搭配光敏电阻实现夜晚自动照明的？ 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.(2024·佛山市高二检测)图中光敏电阻RG没有受到光照射(或光较暗)时，阻值较大；有光照射(或光较强)时，阻值较小。如图所示，现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路，用于公路照明。下列说法正确的是 A.白天光照越强，电磁铁的磁性越强 B.白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流 C.该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能 D.低压直流电源的总功率晚上比白天的大 √ 例题 光照增强，则光敏电阻阻值减小，总阻值减小，回路中总电流增大，由U＝E－I(r+R1)知电磁铁和R3两端电压减小，电流减小，磁性减弱，故A错误； 光照增强，总电流增大，流过R3的电流减小，因此流过R2的电流增大，故白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流，故B正确； 光照增强，磁性减弱，因此灯泡所在的电路断开，白天不亮，故C错误； 光照增强，回路中总电流增大，根据P＝EI可知功率增大，因此白天总功率较大，故D错误。 温控电路的设计 02 温控小风扇 公司logo 公司logo 情境导入 热敏电阻传感器 1.温控小风扇是将哪种非电学量转化为了哪种电学量？ 将温度这一非电学量转化为电阻这一电学量。 2.温控小风扇用到的是哪种传感器？ 公司logo 公司logo 思考与讨论 2.在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱原理如图甲所示，箱内电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像如图乙所示。当a、b端电压Uab<0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Uab≥0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在　 ℃。 35 例题 设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有，代入数据解得Rt＝20 kΩ，由题图乙可知，当Rt＝20 kΩ时，t＝35 ℃。 3.(2025·河南卷)实验小组研究某热敏电阻的特性，并依此利用电磁铁、电阻箱等器材组装保温箱。该热敏电阻阻值随温度的变化曲线如图甲所示，保温箱原理图如图乙所示。回答下列问题： (1)图甲中热敏电阻的阻值随温度的变化关系是　 　 (填“线性”或“非线性”)的。 非线性 例题 (2)存在一个电流值I0，若电磁铁线圈的电流小于I0，衔铁与上固定触头a接触；若电流大于I0，衔铁与下固定触头b接触。保温箱温度达到设定值后，电磁铁线圈的电流在I0附近上下波动， a 加热电路持续地断开、闭合，使保温箱温度维持在设定值。则图乙中加热电阻丝的c端应该与触头　　(填“a”或“b”)相连接。  (3)当保温箱的温度设定在50 ℃时，电阻箱旋钮的位置如图丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为　　　Ω。  130.0 (4)若要把保温箱的温度设定在100 ℃，则电阻箱接入电路的阻值应为　 　 Ω。  210.0 (1)根据题图甲可知热敏电阻的阻值随温度的变化关系是非线性的。 (2)根据题图甲可知温度升高，热敏电阻的阻值变小，根据欧姆定律可知流过电磁铁线圈的电流变大，衔铁与下固定触头b接触，此时加热电阻丝电路部分断开连接，停止加热，可知题图乙中加热电阻丝的c端应该与触头a相连接。 (3)由题图丙可知电阻箱接入电路的阻值为 100×1 Ω+10×3 Ω＝130.0 Ω (4)根据题图甲和(3)可知，当温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为180 Ω，电阻箱接入的电阻为130.0 Ω，当温度为100 ℃时，热敏电阻的阻值为100 Ω，要想将保温箱的温度设定在100 ℃，则要使100 ℃时控制电路中的电流与50 ℃时相同，即控制电路的总电阻不变，则此时电阻箱的电阻为180 Ω +130.0 Ω－100 Ω＝210.0 Ω。 用磁传感器研究 磁现象 03 实验器材 智能手机、条形磁铁、物理磁力工具箱应用软件。 实验方案与实验操作 实验一：探究磁体的磁场分布是否随时间变化 ①将手机放置在条形磁铁一端的前方，如图。 ②打开物理磁力工具箱应用软件，运行软件，观察条形磁铁在磁场空间中三个不同方向的分量随时间变化的图像。 用磁传感器研究磁现象 实验现象：条形磁铁三个磁场分量随时间变化的图像都呈现与时间轴平行的平稳直线。 实验结论：磁体的磁场分布不随时间发生变化。 实验二：探究条形磁铁垂直和水平方向磁场强弱的分布规律 ①将手机沿垂直于磁铁方向做直线运动，如图，观察磁场强弱的变化曲线。 图像描述：磁场的总磁感应强度（上边的蓝色线）先增加后减小。 ②将手机沿平行于磁铁方向做直线运动，如图，观察磁场强弱的变化曲线。 图像描述：磁场的总磁感应强度（上边的蓝色线）先增加后减小再又增加。 实验三：探究两平行排列的异名条形磁铁中间磁场强弱的分布规律，如图，将手机沿平行于磁铁方向做直线运动，观察磁场强弱的变化曲线。 光控电路的设计原理 温控电路设计 用磁传感器研究磁现象 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.29.100 Lavf59.27.100 $