2024_2025学年新教材高中物理第五章传感器3利用传感器制作简单的自动控制装置学案新人教版选择性必修第二册.docVIP

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利用传感器制作简洁的自动限制装置

试验必备·自主学习

试验目的

1.了解与传感器技术相关的物理学问。

2.练习用传感器制作自动限制装置。

试验器材

1.门窗防盗报警装置试验：

干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线若干、开关、电阻、小磁体。

2.光控开关试验：

发光二极管、三极管、可变电阻R1、电阻R2、光敏电阻、集成电路试验板、直流电源、继电器、小灯泡、导线若干、黑纸

试验原理与设计

一、门窗防盗报警装置试验：

1.试验的基本思想：

利用干簧管作为限制器实现：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.试验电路图：

3.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，干簧管两个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。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。继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和限制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。

二、光控开关试验：

1.试验的基本思想：

利用光敏电阻作为光控开关实现在天黑到肯定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。

2.试验电路图：

3.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，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。当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，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。

试验过程·探究学习

试验步骤

一、门窗防盗报警装置试验步骤：

1.连接电路前，要先推断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体干脆靠近干簧管，视察簧片能否正常工作。

2.确定各元件可以正常工作后，依据图所示连接电路。

3.接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别视察试验现象。

二、光控开关试验步骤：

1.依据图所示连接电路，检查无误后，接通电源。

2.让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照耀，调整电阻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，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。

4.让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。如现象不明显，可用手电筒加强光照或遮盖光敏电阻再进行视察。

（1）日光灯的启动器（结构如图甲所示）也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你知道启动器的工作原理吗？

（2）如图乙所示，水箱水位自动报警器是如何工作的？

提示：（1）日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同。开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U形动触片受热膨胀向外延长，遇到静触片触点，电路接通；温度降低时，U形动触片向里收缩，离开触点，电路断开。

（2）正常生产时，水位较高。继电器中的线圈有电流通过，衔铁1被向下吸引，与触头2接触，B灯亮。水位下降到肯定高度后，继电器中线圈没有电流通过了，则衔铁1与触头3接触，A灯亮。

数据收集与分析

一、门窗防盗报警装置试验

二、光控开关试验

留意事项

1.安装前，对试验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。

2.光控开关试验中，二极管连入电路的极性不能反接。

3.假如试验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行视察。

4.安装完毕，先检查无误后，再闭合开关进行测试。

试验研析·创新学习

类型一教材原型试验

角度1试验原理和试验操作

【典例1】现要组装一个由热敏电阻限制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过120℃

热敏电阻（该热敏电阻的阻值随温度的上升而减小，在120℃时阻值为700.0Ω）；报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，Ic

电阻箱（最大阻值为999.9Ω）；

直流电源（输出电压U约为18V，内阻不计）；

滑动变阻器R1（最大阻值为1000Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值为2000Ω）；

单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调整，调整的报警系统原理电路图如图所示。

（1）电路中应选用滑动变阻器____________（选填“R1”或“R2”）。

（2）依据下列步骤调整此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，依据试验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（选填“a”或“b”）端旁边，不能置于另一端的缘由是____________________________________。