5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件-2026-2027学年高二上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，涵盖门窗防盗报警器、光控开关的原理及实验，通过器材介绍与电路分析，衔接电磁学知识，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点在于以实验操作为核心，结合例题与检测题，落实物理观念和科学探究。通过“原理-实验-应用”链条，培养学生科学思维，助力学生理解知识应用，教师可高效开展实践教学。

第五章 3　利用传感器制作简单的自动控制装置 学习 目标 1.了解门窗防盗报警器的原理。(物理观念) 2.了解光控开关的原理。(物理观念) 3.培养实验动手能力,体会物理知识在实际中的应用。(科学探究) 4.体验从原理到应用的过程,培养科学严谨的学习态度和勇于探索的创新精神。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 实验1　门窗防盗报警装置 1.实验器材和装置 干簧管作为传感器,用于感知磁体磁场是否存在。继电器(虚线框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示,R为发光二极管的限流电阻,起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图所示。 2.电路工作原理 闭合电路开关S,系统处于防盗状态。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,继电器接通而工作。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。 3.实验操作 (1)检查干簧管。用磁体直接靠近干簧管,观察干簧管簧片能否正常动作。 (2)连接电路。连接电路前,要确定各元件可以正常工作。 (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。 实验2　光控开关 1.实验器材和装置 光敏电阻完成光信号向电信号的转变。晶体三极管具有电流放大的作用,同时用作电子开关。发光二极管LED模仿路灯。电路设计如图甲所示。 为了能够驱动更大功率的负载,需用继电器来启、闭另外的供电电路,如图乙所示。 2.电路工作原理 (1)当环境光较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L不亮。 (2)当环境光较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,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。 3.实验操作 (1)连接电路,检查无误后,接通电源。 (2)用白光照射光敏电阻RG,调节电阻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。 重难探究·能力素养全提升 例题1小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示(虚线框内的连接没有画出)。将热敏电阻R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①。图甲中继电器的供电电源E1=5 V,内阻不计,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0=30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响②。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像③。  (1)由图乙可知,当环境温度为80 ℃时,热敏电阻阻值为　　　　Ω;  (2)由图乙可知,当环境温度升高时,热敏电阻阻值将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),继电器的磁性将　　　　(选填“增强”“减弱”或“不变”);  (3)图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱　　　(选填“A”或“B”)相连;  (4)当环境温度大于等于　　　　 ℃时,警铃报警。 30 减小 增强 A 40 解析 (1)由图乙可知,当环境温度为80 ℃时,热敏电阻阻值为30 Ω。 (2)由图乙可知,当环境温度升高时,热敏电阻阻值将减小。热敏电阻阻值减小,则流过继电器的电流增大,磁性增强。 (3)由于继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮。所以图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。 (4)当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。根据闭合电路欧姆定律E1=I(R0+R),得R=70 Ω,此时温度为40 ℃,则环境温度大于等于40 ℃时,警铃报警。 教你析题 读取题干 获取信息 ① A跟D相连,B跟C相连 ② 接通报警电路时,电路中的电流大小 ③ 不同温度时,热敏电阻的阻值 教你破题 例题2(2026山东烟台高二期末)光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。为了节能和环保,有一种路灯就利用光敏电阻的这种特性制作电磁开关,自动控制路灯的接通与断开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱连接励磁线圈,3、4两接线柱相当于路灯的开关,分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于200 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小于200 mA时,3、4接通。 现有以下器材:励磁线圈电源E1、路灯电源E2、路灯灯泡、励磁线圈限流保护电阻箱R0、光敏电阻RG、电磁开关、导线、开关等。 某实验小组利用以上器材设计一个自动控制路灯的电路,部分电路原理图如图甲所示。 甲 (1)请根据提供的实验器材将图甲所示的电路原理图画好。画电路图时,光敏电阻的符号为,电阻箱的符号为,其他器材使用规范的电路符号。 答案 (1)见解析图 (2)若励磁线圈电源E1为220 V,内阻不计,励磁线圈的电阻为10 Ω,起初电路中电阻箱的阻值R0如图乙所示,则R0=　　　　 Ω,光敏电阻RG随光照强度的变化规律如图丙所示,若要使光照强度为1.0 lx时,路灯亮起,则电阻箱的阻值应调为　　　　 Ω。  (3)为了节约用电,要求光照强度降低到0.8 lx时路灯才亮起,则电阻箱的阻值要调　　　　(选填“大”或“小”)。  丙 乙 912.0 890.0 小 解析 (1)完整的电路原理图如图所示。   (2)由题图乙可知起初电路中电阻箱的阻值为R0=9×100 Ω+1×10 Ω+2×1 Ω+0×0.1 Ω=912.0 Ω,若要使光照强度为1.0 lx时,路灯亮起,由图丙可知此时光敏电阻阻值为RG=200 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得R0'=-RG-R线,解得电阻箱的阻值应调为R0'=890.0 Ω。 解析 (3)根据闭合电路欧姆定律可得I0=,为了节约用电,要求光照强度降低到0.8 lx时路灯才亮起,此时光敏电阻阻值变大,则电阻箱的阻值要调小。 学以致用·随堂检测全达标 基础练习 题型1 门窗防盗报警装置 1. （2026江苏扬州大学附中期中）门窗防盗 报警装置的电路图如图所示，闭合开关，磁铁 靠近干簧管，继电器线圈通电，开关 自动与 接通，二极管发光；继电器线圈断电时， 自动与接通，蜂鸣器报警。若门窗打开，磁铁 远离干簧管 ，则( ) A A.二极管不发光，蜂鸣器报警 B.二极管不发光，蜂鸣器不报警 C.二极管发光，蜂鸣器报警 D.二极管发光，蜂鸣器不报警 21 本题是对教材第五章第3节实验1的考查，让同学们进一步加深对门窗防盗报 警装置的理解。 【解析】 若门窗打开，磁铁远离干簧管，继电器线圈断电，自动与 断开，二 极管断电熄灭，自动与接通，蜂鸣器 报警，故A正确。 22 2.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。图乙为其简化 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。下列有关说法正确的是( ) A 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.该装置是利用电流的磁效应工作的 23 【解析】 主机开关闭合时，若门被关上，磁条与主机刚好靠在一起，此时报警器 不工作，说明电路是断开的；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。 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。 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。 该装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的。 24 题型2 光控开关 3.（多选/2025北京人大附中期末）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，图甲为电路原理图。图甲中，直流电源电动势为 ，内阻可不 计，和 其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的 规律如图乙所示（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大， 是它的单位）。 控制开关两端电压高于 时照明系统将自动开启。下列说法正确的是( ) 25 A. 是光敏电阻 B.若定值电阻的阻值为 ，则当照度降低到 时照明系统将开启 C.若要使照明系统在照度降低到时开启，则定值电阻的阻值应为 D.定值电阻的阻值越大，开启照明系统时的光照越暗 √ √ 26 【解析】 当光线较暗，照度较小时，光敏电阻阻值较大，照明系统将自动开启， 此时控制开关两端电压高于，两端的电压增大，可知 是光敏电阻。 结合以上分析，若定值电阻的阻值为 ，根据欧姆定律有 ，其中 ，可得 ，由题图乙可知当照度降低到 时照明系统将开启。 由题图乙可知，照度降低到时，光敏电阻的阻值为 ，根据欧姆定律有 ，其中，可得 。 定值电阻的阻值越大，根据分压比可知开启照明系统时，光敏电阻的阻值越大， 开启照明系统时的光照越暗。 27 4.（2026广东东莞期中）学习了利用传感器制作简单的自动控制装置的知识后，小新同 学马上想到家里过年挂的红灯笼，想把它们也改成光控，即天黑自动亮，天亮自动关。 为此，小新利用光敏电阻（光照增强时，其电阻值减小）设计了一个电路，如图所示。 其中，电源内阻不计，电表均为理想电表；流经灯泡的电流低于某值时视为熄灭；除光 敏电阻外，其余均是定值电阻。电压表、电流表示数变化量绝对值分别为、 。关 于此电路，下列说法正确的是( ) C A.为了达到目的， 应为光敏电阻 B.随着夜幕降临，电压表的示数会越来越小 C. 在夜晚的功率高于白天的功率 D. 28 【解析】 为了达到目的，天黑时光敏电阻阻值变大，而此时要求灯泡的电流变大， 则由“串反并同”可知，灯泡与光敏电阻应该并联，可知 应为光敏电阻。 随着夜幕降临，光敏电阻阻值变大，总电阻变大，总电流减小，即 的电压减 小，则由 ，可知电压表的示数会越来越大。 因夜晚时电压表示数较大，即通过灯泡和的电流较大，则 在夜晚的功率高于 白天的功率。 由电路图可知 。 29 5. （多选/2026河北石家庄一中期中）为了节能环保，一些公共场所使用光控开关 控制照明系统，天亮灯熄、天暗灯亮，如图甲所示，、为指示灯， 为照明灯，电 源提供的电压有效值 恒定。光控开关可采用光敏电阻和电磁铁来控制，如图乙所示， 当线圈中的电流大于时，继电器的衔铁将被吸合。光敏电阻 是阻值随光照强度增大 而减小的元件，下列说法正确的是( ) BD A.照明灯亮时，灯 会变暗 B.照明灯亮时，灯 会变暗 C.、应该接入光控开关的、 端 D.为了让天色更暗时，路灯才被点亮，滑动 变阻器 的阻值应适当调小 30 【解析】 设变压器原、副线圈两端电压分别为、 ，通过原、副线圈中的 电流分别为、，由理想变压器的电压比和电流比可得、 ，又由题意得 。设副线圈电路中总电阻为，则由欧姆定律得 ，由以上各式 整理得，照明灯亮时，副线圈电路中总电阻 减小，则由上式可得 通过灯的电流增大，即灯 会变亮。（ 混淆电压与电流关系，副线圈电压减 小但电流增大，亮度由电流决定）又由可得变压器原线圈电压 减小， 再由公式可得副线圈两端电压减小，即灯两端电压减小，则灯 会变暗。 . . . . 31 天暗时，光敏电阻的阻值 增大，由闭合电路的欧姆定律可知，题图乙中电磁铁中 通过的电流减小，这样接线柱、会通过衔铁连接。要想照明灯形成通路，、 应 该接、 端。 设题图乙中除光敏电阻和滑动变阻器的阻值之外，其他电阻之和为 ，则由闭合电 路的欧姆定律得，当天色更暗，衔铁被吸合时，光敏电阻的阻值 增 大，为保持电路中的总电流不变，所以滑动变阻器 的阻值应适当调小。 题型3 其他自动控制装置 6.（2025吉林东北师大附中月考）某热敏电阻的阻值随温度 变化的图像如图甲所示， 某同学用该热敏电阻制作的简易火灾自动报警器电路图如图乙所示。请回答以下问题。 33 （1） 为使温度在升高到报警温度时，报警器响起，单刀双掷开关 应该接___ （选填“”或“ ”）。 【解析】 由题图甲可知，热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在温度升高的过程中题 图乙中电流增大，继电器线圈的磁感应强度增大，铁片受到的作用力增大将向左移动， 要使报警器响起，单刀双掷开关应该接 。 （2） 为实现温度升高到时报警器响起的目的，该同学先把热敏电阻放入 的 恒温水中，然后调节滑动变阻器的电阻，直到报警器响起。在闭合两开关、 之前， 该同学还应将滑动变阻器的滑片滑至最______（选填“左端”或“右端”）。 左端 【解析】 在闭合两开关前，应使滑动变阻器接入电路的阻值最大，即应将滑动变阻器 的滑片滑至最左端。 34 （3） 已知直流电源电动势，内阻不计。若继电器线圈 电阻忽略不计，流 过继电器线圈的电流才会报警，欲使温度升高到 时报警器响起，则滑 动变阻器接入电路的阻值应该是_____ 。 620 【解析】 由题图甲可知，温度升高到时热敏电阻的阻值为 ，由闭合电路的 欧姆定律得，解得 。 （4） 为了让报警器在 报警，滑动变阻器的阻值应调____（选填“大”或“小”）。 小 【解析】 若工作过程中希望温度达到时报警，由热敏电阻的阻值随温度 变化的 图像可知，时热敏电阻的阻值大于时热敏电阻的阻值，根据 可知 时滑动变阻器接入电路阻值更小，则工作过程中希望温度达到 时才报警，应 将滑动变阻器的阻值调小。 35 7. （2026广东揭阳阶段检测）某工厂的苹果自动分拣装置如图甲所示，该装置能 按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。图中 为半导体薄膜压力传感器，轻质托盘 置于上，苹果经过托盘时对产生压力，的阻值随压力 变化图像如图乙所示。初 始状态衔铁水平，当电阻箱两端电压 时，控制电路使电磁铁吸动衔铁，并保 持一段时间，确保苹果在衔铁上运动时电磁铁保持吸合状态。已知电源电动势 ， 内阻 ，重力加速度取 。 36 （1） 当质量较大的苹果通过托盘时，对应的压力传感器 的阻值______（选填“较大” 或“较小”）。 较小 【解析】 苹果通过托盘时，质量较大的苹果托盘对 的压力较大，根据题图乙可知， 对应的 的阻值较小。 本题是教材课题研究中应用案例的变式题。解决这道题的关键在于理清“压力 电阻 电压 电磁铁动作”这一连串的因果逻辑。 37 （2） 如图乙，现以为标准质量将苹果分拣开，此时的阻值为_____ ；根据 题述条件可知，质量小于 的小苹果将通过________（选填“上通道”或“下通道”）； 为使该装置达到分拣标准，电阻箱的阻值应调为_____ （结果保留一位小数）。 20.0 上通道 10.5 【解析】 当苹果质量为时，此时受到的压力为 ，由题图乙可知 此时的阻值为 ；根据题述条件可知，质量小于的小苹果，对 的压力较 小，对应的的阻值较大， 两端电压较小，电磁铁没有吸动衔铁，则小苹果将通过 上通道；为使该装置达到分拣标准，根据比例可得，其中 ， ， ， ，解得电阻箱的阻值应调为 。 38 （3） 若电源长时间未使用，内阻增大但电动势不变，则分拣标准质量将会______ （选填“变大”“变小”或“不变”）。 变大 【解析】 若电源长时间未使用，内阻增大，但电动势不变，根据 ，由 于内阻增大，则实际要吸引衔铁打开通道时对应的 的阻值变小，需要的压力变大， 即分拣标准质量将会变大。 39 $