5.3 传感器的应用举例 5.4 自制简单的控制电路 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦传感器的应用举例及自制控制电路，从电熨斗、电饭锅、火灾报警器等生活实例导入，通过原理分析过渡到光控LED灯、温度报警器的实验制作，构建理论到实践的学习支架。 其亮点在于融合物理观念、科学探究与科学思维，含视频辅助理解、实验步骤指导及例题解析，以“原理-应用-实践”链条培养学生问题解决能力。教师可借助结构化内容提升效率，学生能深化对传感器应用的理解。

第五章 传感器 3 传感器的应用举例 4 自制简单的控制电路 学会利用传感器制作简单的自动控制电路 02 学习目标 进一步理解常用传感器的工作原理及应用 01 重点 难点 传感器的应用举例 01 温度传感器的应用 1.电熨斗 电熨斗设定和控制温度都是依靠热双金属片温度传感器来实现的 电熨斗的结构 【点击图片 播放视频】 【点击图片 播放视频】 【点击图片 播放视频】 温度传感器的应用 2.电饭锅 依靠温度传感器(感温铁氧体)对烹煮过程进行控制 传统电饭锅的结构 【点击图片 播放视频】 传统电饭锅的工作原理 【点击图片 播放视频】 火灾报警器 光传感器的应用 天花板上的烟雾报警器 光电式烟雾报警器是最为常见的火灾报警器，是光传感器的应用。 烟雾报警器带孔的罩子内装有发光元件和受光元件。 可分为遮光型和散射型两种 遮光型 发光元件和受光元件正对 正常情况 发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持正常状态，不发出警报。 遮光型 发光元件和受光元件正对 发生火灾时 烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。 散射型 发光元件和受光元件不正对 正常情况 发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。 发生火灾时 光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。 一辆普通轿车上安装几十到近百个传感器 各种传感器的应用 1.如图甲是电饭锅的电路图，S1是一个 限温开关，其内部结构如图乙所示，按 下此开关按钮，两触点闭合，当感温磁 体的温度达到居里点(103 ℃)时，感温 磁体失去了磁性， 能被永磁体吸引，在 弹簧和磁体重力的作用下，两触点断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开，下列说法正确的是 A.电饭锅的米饭煮熟后可以长时间保持的温度在70 ℃到80 ℃之间 B.若自动温控开关S2失效(开路)，则电饭锅的煮饭功能也失效 C.R1是加热电阻，R2是限流电阻 D.和电水壶一样，用电饭锅烧水，当水沸腾后限温开关S1也会自动断开 √ 例题 电饭锅的米饭煮熟后，根据题意，当温度低于70 ℃时S2会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开，因此锅内的温度可以长时间保持的温度在70 ℃到80 ℃之间，故A正确； 若自动温控开关S2失效(开路)，将S1闭合，电饭锅的煮饭功能不失效，故B错误； R2是加热电阻，R1是限流电阻，故C错误； 用电饭锅烧水，水沸腾后水的温度会保持100 ℃不变，锅底温度不能达到居里点(103 ℃)，因此限温开关S1不会自动断开，故D错误。 2. (多选)某一电熨斗的温控电路原理如图。1是温控螺丝、2是有弹性的金属片、4是绝缘块、5是加热电阻、6是电熨斗底板。图中3是一种传感器，当温度升高到某一数值时，温控螺丝1与金属片2断开，不再接触，从而切断电源。则下列说法正确的是 A.3可能是光敏电阻 B.3可能是双金属片 C.将1向下调，可提高熨斗的最高温度 D.将1向下调，可降低熨斗的最高温度 √ √ 例题 电熨斗的温控是通过金属受热弯曲的原理来实现，双金属片由长和宽相同的双层不同金属组成，受热时上层金属膨胀比下层金属大，双金属片向下弯曲，温度越高，弯曲越明显，A错误，B正确； 将1向下调，则熨斗温度需更高才能使温控螺丝1与金属片2断开，C正确，D错误。 光控LED灯 02 1.实验思路 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 晶体三极管 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。 光控LED灯 光控LED灯 2.实验器材和装置 (1)晶体三极管 发射极e 基极b 集电极c 基极b 集电极c 发射极e 起到开关和放大的作用 二级放大驱动发光二极管发光的作用 (2)实验器材： 发光二极管(LED)，NPN型三极管Q1，PNP型三极管Q2，光敏电阻RL可调电阻R1，限流、保护电阻R2、R3 (3)实验电路图 3.电路工作原理 有光照的情况 光敏电阻的阻值只有几欧到几十欧 Q1的基极与发射极间电压小 不能导通 Q2的发射极与基极间电压也较小 不能导通 所以LED不会发光 3.电路工作原理 无光照时 光敏电阻的阻值会达到MΩ量级 Q1的基极与发射极间电压大 导通 Q2的发射极与基极间电压较大 导通 LED发光 4.实验操作 (4) 让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED熄灭。 (1) 连接电路，检查无误后，接通电源。 (2) 用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED刚好不发光。 (3) 减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED发光。 3.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。 例题 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衔铁，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。 4.(2024·南充市高二期末)为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，光敏电阻的阻值随着光的强弱而变化。物理学中用照度(E)描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为勒克斯(lx)。某实验小组根据光敏电阻RG在不同照度 下的阻值，绘制RG－E图像如图甲所示。 例题 (1)由图甲可知，随着照度的减小，光敏电阻的阻值不断　　　(选填“增大”或“减小”)；同一规格的光敏电阻传感器，当照度不同时，其灵敏度(||)存在着较大的差异，要使光敏电阻传感器比较灵敏，就应使之工作在灵敏度较大的区间。 本实验中，在照度 (选 填“小于0.6 lx的区间”或“大于0.6 lx以后”) 其灵敏度较大；  增大 小于0.6 lx的区间 (2)如图乙，要求当照度低至0.6 lx时光敏电阻RG两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸引照明电路中开关K的衔铁实现启动照明系统，此时RG两端的电压叫作放大电路的激励电压，已知直流电源电动势为6 V，内阻不计，放大电路的激励电压为3 V，为实现照度低至0.6 lx时电磁开关启动照明电路，电阻箱R的阻值为　　 kΩ(结果保留两位有效数字)。  28 (1)由题图甲可知，随着照度的减小，光敏电阻的阻值不断增大。本实验中，在照度小于0.6 lx的区间图像的斜率较大，其灵敏度较大。 (2)根据题图甲，照度低至0.6 lx时，RG＝28 kΩ。根据题图乙，当R＝RG时，RG两端的电压为3 V，电磁开关启动照明电路，所以R＝28 kΩ。 温度报警器 03 1.实验电路图 RT热敏电阻，温度升高阻值减小 R1为可调电阻，最大阻值10 kΩ Q1NPN型三极管，起到开关和放大的作用 R2为定值电阻，通过其分压控制Q1通断 LS为有源蜂鸣器，有直流通过即可发出鸣叫声 2.工作原理 接通电源 调节R1使蜂鸣器在常温下不发声 到某一温度蜂鸣器发出报警声 用热水使热敏电阻的温度升高 3.实验步骤 (1) 先检测蜂鸣器的工作情况，有无损坏。 (2) 按照电路图连接电路，把热敏电阻放置到温控箱里。 (5) 改变电阻箱的电阻，重复上述步骤。 (3) 把电阻箱调到预设好的电阻，然后闭合开关。 (4) 不断调节温控箱中的温度。当蜂鸣器开始报警时，停止加热，记录下温度计的示数。 5.(2024·泸州市高二期末)用某热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路，热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小。在某次调试时，报警器达到报警温度后，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后，造成这一现象的原因可能是下列选项中的 A.控制电路中电源E1的内阻太小 B.工作电路中电源E2的内阻太小 C.继电器中的线圈匝数太少 D.继电器中弹簧劲度系数太小 √ 例题 小灯泡发光条件是控制电路中的电流大于等于临界值，若控制电路中电源E1的内阻过小，则电路中的电流更大，更容易升高到临界值，故A错误； 工作电路中的电源不影响控制电路的电流，即与工作电路无关，故B错误； 继电器中线圈匝数过少，电磁铁磁性较弱，电磁铁在到达临界条件的电流时，引力无法将衔铁吸引下来，故C正确； 继电器中弹簧劲度系数太小时，电磁铁更容易将衔铁吸引下来，更容易使小灯泡发光，故D错误。 6.(2025·乐山市高二期末)如图所示，图甲为热敏电阻的R-t曲线，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，继电器线圈的电阻为150 Ω。当线圈中的电流大于或等于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=6 V，内阻不计。则下列说法正确的是 A.由图甲知该热敏电阻的阻值随 温度的升高而增大 B.恒温箱内的加热器应接在C、D端 C.要使恒温箱内的温度保持100 ℃，可变电阻R'的值应调节为100 Ω D.为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R'的值应减小 √ 例题 由题图甲知该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，故A错误； 当温度降低时，热敏电阻R阻值增加，电路电流变小，继电器的衔铁被向上吸合，此时A、B接通应该开始加热，则恒温箱内的加热器应接在A、B端，故B错误； 要使恒温箱内的温度保持100 ℃，此时R=50 Ω，根据I=，可得可变电阻R'=100 Ω，故C正确； 为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，此时R变小，则可变电阻R'的值应增大，故D错误。 4自制简单的控制电路 1.电熨斗：依靠热双金属片温度传感器来实现 1.光控LED灯：有光照时光敏电阻阻值很小，电路不导通，LED不发光。无光照时光敏电阻阻值很大，电路导通，LED发光。 3 传感器的应用举例 2.电饭锅：依靠温度传感器（感温铁氧体）对烹煮进行控制 3.火灾报警器：光电式烟雾报警器是光传感器的应用。 2.温度报警器：通电调节电阻使蜂鸣器在常温下不发声。用热水使热敏电阻的温度升高，到某一温度时蜂鸣器就会发出报警声。 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $