5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置（导学案）（教师版） 高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）.pdf

第3节利用传感器制作简单的自动控制装置

导学案

【学习目标】

1.会利用干簧管制作简单的自动控制装置，如门窗防盗报警装置。

2.会利用光敏电阻制作简单的自动控制装置，如光控开关。

3.通过制作自动控制装置，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯。

【学习重难点】

【教学重点】了解门窗防盗装置、光控电路的实验电路图及工作原理，并知道电磁继电器、三极管的基本

功能。

【教学难点】通过学习门窗防盗装置、光控电路的实验过程及原理能够制作简单的自动控制装置，并可以

对相关题目进行定性分析与相应的定量计算。

【知识回顾】

1．光敏电阻

(1)特点：光照越强，电阻越小。

(2)原因：光敏电阻的构成物质硫化镉为半导体材料，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。

(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。

2．金属热电阻

金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线

电阻的温度特性曲线。

3．热敏电阻

热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化非常明显，如图所示为某一热敏电阻的

电阻值随温度变化的特性曲线。

4．电阻应变片

(1)定义：其电阻随着它所受机械形变的变化而变化的力敏元件。

(2)分类：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。

(3)力传感器：由金属梁和电阻应变片组成，是电子秤中所使用的测力器件。

(4)电容式传感器：通过测定电容器的电容来确定极板的正对面积、极板间的距离以及极板间的电介质中某

个物理量变化的传感器。

【自主学习】

实验一门窗防盗报警装置

一、实验目的

1．了解门窗防盗报警装置的工作原理。

2．了解干簧管和继电器的特点和在装置中的作用。

二、实验原理

1．干簧管

(1)特点：感知磁场是否存在的传感器。

(2)作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。

2．继电器

(1)特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通，无电流时，开关与触点b接通。

(2)作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相当于一个自动的双向开关。

3．实验电路

4．工作原理

闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通状态，继电器使开关c与

触点a接通，二极管LED发光。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，使开

关转换为c、b接通，蜂鸣器H发声报警。

三、实验器材

干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330Ω)、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。

四、实验步骤

1．连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常

动作。

2．确定各元件可以正常工作后，按照实验电路图连接电路。

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。

实验二光控开关

一、实验目的

1．了解光控开关的工作原理。

2．练习利用光控开关制作自动控制设备。

二、实验原理

1．晶体三极管

(1)两种类型

(2)三个电极

①发射极e，②基极b，③集电极c。

(3)重要特性

①从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流，这就是三极管的电流放大作用。

②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。

2．光控开关

(1)电路图

(2)工作原理

当光照较强时，RG较小，加在基极上电压较小，三极管不导通，LED不亮；当光线较弱时，RG阻值增

大，加在基极上电压增大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。

3．光控开关控制电路

(1)电路图

(2)工作原理

当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，继电器所在的回路相当于断路；当环境

光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡

L。(注：与继电器并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏。)

三、实验器材

可调电阻R(最大电阻为51kΩ)、限流电阻R