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

该高中物理课件聚焦传感器在自动控制装置中的应用，通过回顾上节课学的光感、紫外线等传感器，衔接本节课动手制作门窗报警器、光控开关等，搭建从原理到实践的学习支架。 其亮点是以实验为核心，结合科学探究（动手组装调试）和科学思维（电路原理分析如三极管开关作用），通过门窗报警器用干簧管感知磁场、光控开关用光敏电阻实现光控等实例，培养学生应用能力。学生能提升实践与问题解决能力，教师可获得系统实验指导和例题，助力高效教学。

第五章 传感器 3 利用传感器制作简单的自动控制装置 High school physics 学会利用传感器制作简单的自动控制装置。 02 进一步理解常用传感器的工作原理及应用。 01 重点 难点 如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠的捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。 传感器是构成自动控制系统的必要环节 情境导入 光感传感器 上节课我们学习了传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的传感器？ 磁光效应传感器 紫外线传感器 水质PH传感器 仿生传感器 知识回顾 烘干机 指纹识别器 芝麻开门 门窗报警器 今天动手组装和调试两个简单的自动控制装置吧 01 门窗报警器 1.实验目的与要求 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，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。 2.电路图 (1)干簧管SA：作为传感器，感知磁体M磁场是否存在。 3.实验器材和装置 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 (1)干簧管SA：作为传感器，感知磁体M磁场是否存在。 3.实验器材和装置 (2)继电器(虚线框部分)：作为执行装置。 (3)发光二极管LED：作为电路正常工作指示灯。 (4)电阻R：作为发光二极管的限流电阻，起保护作用。 (5)蜂鸣器H：作为报警提醒。 电磁继电器 发光二极管 蜂鸣器 4.电路工作原理 (1)当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两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。 (2)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，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 5.实验操作 (1)检查干簧管。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作。 (2)连接电路。连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 (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。 √ 1.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 例题 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，触发器内开关是断开的；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。 02 光控开关及其应用 1.实验目的与要求 模拟光控路灯根据光照的变化自动开启或关闭。 光照弱，路灯开启 光照强，路灯熄灭 光照弱，路灯开启； 光照强，路灯熄灭。 光敏电阻 晶体三极管 2.实验电路图 光敏电阻 发光二极管 (1)发光二极管LED：模仿路灯。RG为光敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻。 3.实验器材和装置 (2)三极管VT：可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化转换为电压变化，加载到三极管VT的基极b上(如图甲所示)。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。 3.实验器材和装置 R1 R2 RG LED VT b c e +Vs 0 V e c 三极管 b e b c e c b Ube＞0.7V Ube很小时 Ucb＞0 发射极 基极 集电极 三极管介绍——NPN型 (3)可调电阻R1：作用是调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流。如果增大R1，就会在天更暗时才点亮路灯。 (4)继电器线圈K：在图乙中，为了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动、关闭供电电路。其中S为它的常开触点，并联二极管D，以提供继电器线圈产生的自感电流释放的通路，从而保护三极管。 4. 电路工作原理 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 (1)环境光较强时，光敏电阻RG阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮。 4. 电路工作原理 (2)环境光较弱时，光敏电阻RG阻值变大，三极管导通，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。 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 光照减弱 UG增大 φb 增大 继电器所在支路导通，使开关S闭合 灯泡所在支路导通，灯泡发光 5.实验操作 (1)连接电路，检查无误后，接通电源。 (2)用白天较强的自然光照射光敏电阻RG，调节R1，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,发光二极管LED或小灯泡L发光。 (4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。 2.光敏电阻可用于街道路灯的自动控制开关。如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果。 例题 答案　为了使照明电路白天断开，就需要电磁铁吸引衔铁，电路中电流大。夜间电磁铁磁性小，不吸引衔铁。电路中电流的变化要通过电阻的变化来控制。所以要将光敏电阻与电磁铁串联在一起，以此来调节电路中的电流。故设计电路如图，当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭。当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮。 3.(2024·深圳市高二期末)某实验小组设计了一个灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。 (1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是　　　　(填“并联”或“串联”)关系。  串联 由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。 例题 (2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境光亮度越大，光敏电阻阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光亮度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0＝　　　 A。  0.42 题图丙中电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，根据电流表的读数规则，可知，该电流表读数为0.42 A。 (3)为了节约用电，需要降低光亮度阈值，应该把滑动变阻器阻值调　 。 小 由于环境光亮度越大，光敏电阻阻值越小，则当降低光亮度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。 03 热敏电阻的应用 4.(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 小灯泡发光的条件是控制电路中的电流大于或等于临界值，若控制电路中电源E1的内阻过小，则电路中的电流更大，更容易达到临界值，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。 5.(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，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。  a (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，电阻箱接入电路的电阻为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，则此时电阻箱接入电路的电阻为180 Ω＋130.0 Ω－100 Ω＝210.0 Ω。 利用传感器制作简单的自动控制装置 实验一： 门窗防盗报警装置 实验器材和装置：干簧管、继电器 电路工作原理 实验二：光控开关 实验器材和装置：三极管 实验操作 电路工作原理 实验操作 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! Lavf58.20.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $