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学年高二下学期物理粤教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦传感器在自动控制装置中的应用，涵盖光控电路工作原理、智能手机磁传感器测量原理，通过实验操作连接传感器特性与自动控制逻辑，构建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，结合科学思维与社会责任。通过光控开关制作、温控报警电路设计等实例，引导学生进行模型建构与科学推理，联系路灯节能等实际应用，增强社会责任感。学生提升实践与分析能力，教师获得丰富教学案例。

第三节　用传感器制作自动控制装置 第四节　利用智能手机中的磁传感器研究 磁现象 [学习目标]　 1.了解光控电路的实验电路图及工作原理. 2.知道利用智能手机传感器测量磁感应强度的原理. 知识点一　用传感器制作自动控制装置 一、实验目的 1.会利用传感器制作简单的自动控制装置. 2.掌握光控开关的工作原理. 二、实验原理 1.路灯自动化管理 (1)电路图如图所示 (2)原理 当白天光线变强时,光敏电阻RG的阻值减小,干路电流增大,根据闭合电路欧姆定律,可知此时路端电压变小,因此灯泡L的亮度较暗;当夜晚光线变弱时,光敏电阻RG的阻值反而增大,此时路端电压变大,灯泡L的亮度增加.上述电路不能实现天亮自动熄灭的要求. 2.单向晶闸管的工作原理 (1)电路如图所示 (2)原理 电子电路中常见的元件——单向晶闸管VS可以实现电路的自动通断控制.它很像二极管,但比二极管多了一个控制极G,通过控制极G可以控制VS的通断.一个阴极受控VS的工作原理图如图所示,其中A、K、G分别为VS的阳极、阴极、门极(控制极).当单向晶闸管VS受到正向阳极电压并且门极有触发电流IG时才会导通.这正符合设计的需要. 3.利用单向晶闸管对电路通断的控制 (1)电路如图所示 (2)原理 当白天光线较强时,光敏电阻RG呈现低电阻,此时,通过VD和R后的电流主要分流到RG支路,而流向门极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.当夜幕降临时,光线减弱,RG呈现高电阻,流向门极G的电流增大,从而触发导通VS,灯泡L发亮. 三、实验器材 学生电源、二极管VD、单向晶闸管VS、电阻R、光敏电阻RG、灯泡、导线等. 四、实验步骤 1.测试所有器材,确定是否完好. 2.按图布线、焊接,并检查焊接是否正确. 3.接通电源,逐渐减小光敏电阻的光照强度,观察L的发光情况,自动控制电路完成. 知识点二　利用传感器进行的实用电路设计 [例1] (自动报警电路的设计)某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示.将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响.图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为40 Ω.当线圈中的电流大于或等于50 mA时, 继电器的衔铁将被吸合,警铃响.图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像. (1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　　相连.(均选填“A”或“B”)  B A 【解析】 (1)当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,可知警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连. (2)当环境温度升高时,热敏电阻的阻值将　　　 ,继电器的磁性将　　　　,当环境温度达到　 　℃时,警铃报警.(前两空均选填“增大”“减小”或“不变”) 减小 增大 100 (3)如果要使报警电路在更低的温度就报警,下列方案可行的是　　　　.  [A] 适当减小U1 　　[B] 适当增大U1 [C] 适当减小U2 [D] 适当增大U2 B [例2] (温控开关的设计与分析)(2023·广州天河区期末)如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图像,图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一简易温控开关,继电器的电阻为60 Ω.当继电器电流超过10 mA时,衔铁吸合,加热器停止加热,实现温控.为继电器线圈供电的电池E的内阻不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源. (1)提供以下实验器材:电源E1(3 V),电源E2(6 V),滑动变阻器R1(0～20 Ω),滑动变阻器R2(0～220 Ω),为使该装置实现对20～60 ℃之间任意温度的控制,电源应选　　　(填“E1”或“E2”);滑动变阻器应选　　　(填“R1”或“R2”).  E1 R2 (2)为了实现恒温箱系统保持温度为40 ℃,实验时进行了以下操作: ①断开开关,滑动变阻器调节至　　　　(填“最大”或“最小”),需将电阻箱调到一固定的阻值　　　 Ω.  ②将单刀双掷开关向c端闭合. ③缓慢调节滑动变阻器的阻值观察到继电器的衔铁恰好被吸合. ④保持滑动变阻器的位置不变,将单刀双掷开关向另一端闭合,恒温箱系统正常工作. 最大 60 【解析】 (2)将滑动变阻器调节至最大,起保护作用,由题图甲可知40 ℃时热敏电阻对应阻值为60 Ω,因此需将电阻箱阻值调到60 Ω. (3)若恒温箱系统要保持温度为40 ℃,则需把滑动变阻器调节到　　 　 Ω;若恒温箱系统要保持温度为35 ℃,则滑动变阻器正常工作时须向　　 (填“左”或“右”)移动滑片.  180 左 [例3] (光控开关的设计)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻RG在不同照度下的阻值如表所示: 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 (1)根据表中数据,请在图甲中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点:　　　　　　　　　　.  【答案及解析】 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图a所示. 光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小. (2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路.给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响) 提供的器材如下: 电源E(电动势3 V,内阻不计); 定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出); 开关S及导线若干. 【答案及解析】 (2)电路原理图如图b所示.控制开关自动启动照明系统,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,即此时光敏电阻的阻值为20 kΩ,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,所以应加上一个分压电阻,分压电阻的阻值为10 kΩ,即选用R1. 感谢观看 【解析】 (2)当环境温度升高时,热敏电阻阻值减小,由欧姆定律知电路中的电流增大,则继电器的磁性将增大.当线圈中的电流等于50 mA时,继电器的衔铁刚好被吸合,则控制电路中电阻最大值为R总== Ω=60 Ω,此时热敏电阻的阻值为RT=R总-R0=60 Ω-40 Ω=20 Ω,由题图乙知,此时环境温度为100 ℃,所以环境温度在t≥100 ℃时,警铃报警. 【解析】 (3)要使报警电路在更低的温度就报警,则线圈中的电流等于50 mA时,热敏电阻RT变大,由(2)知,热敏电阻RT=-R0,则可通过适当增大U1达到这个目的,故B正确,A、C、D错误. 【解析】 (1)为使该装置实现对20～60 ℃之间任意温度的控制,滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻的电阻变化,故R>110 Ω,滑动变阻器选用R2;又有继电器电阻r=60 Ω,电路中的电流I=,计算可知,若选用E2=6 V的电源,电路中的最小电流仍大于10 mA,无法实现温控功能,而E1=3 V的电源可以满足实验要求,故选用电源E1. 【解析】 (3)若恒温箱系统要保持温度为40 ℃,应调节滑动变阻器R的阻值,使电流达到10 mA,由闭合电路欧姆定律得I=,即R=-r-Rt=180 Ω,即滑动变阻器R的阻值应调节为180 Ω;恒温箱系统要保持温度为35 ℃,热敏电阻阻值变大,滑动变阻器R的阻值须变小,即向左移动滑片. 光敏电阻RG(符号,阻值见表); $