物理人教版（2019）选择性必修第二册5.3利用传感器制作简单的自动控制装置（共15张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）选择性必修第二册5.3利用传感器制作简单的自动控制装置（共15张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-15 10:12:29 | ||
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文档简介
(共15张PPT)
§5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
一、门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
一、门窗防盗报警装置
一、门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
二、光控开关
三极管：
晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。三极管由三个电极组成，分别是发射极 e，基极 b 和集电极 c，有 NPN 型和 PNP 型两种。
三极管的一个重要特性是，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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用，对 NPN 型三极管来说，当基极 b 电压比 发射极 e 高 0.7V 时，三极管导通，集电极 c上有电流，否则没电流。
二、光控开关
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。在天色暗到一定程度时路灯自动开启，在天明时自动熄灭。
思考：如何调节电路，使灯泡在天更暗时才亮？
二、光控开关
思考：能不能利用三极管和热敏电阻，设计一个温度报警器，当温度过高时蜂鸣器发声报警，如何调节报警器，使它在更高温度时报警？
练习
1. 许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。如图5-4所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管（也是一种晶体管，有三个电极，当光照强弱变化时，电极间的电阻随之变化）和不透明的挡板。
平时，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
你能说说类似这种光电式传感器还能在哪些场合应用吗？
练习
2. 工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作。
练习
3. 双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器）。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个 U 形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触，点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。
敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触，点恰好接通。请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。
练习
4. 下图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，并回答下列问题：
（1）常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？
（2）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
5. 有一种路灯自动控制装置，用光敏电阻作为传感器，自动控制路灯的接通与断开。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，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。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开。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某个值时，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某个值时，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 R0、光敏电阻 R1、电磁开关、导线开关等。利用以上器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。
练习
6. 某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块 2 可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧 3 拉着；R 为滑动变阻器，4 是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池 E 的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当 P 端的电势高于 Q 端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度 a 时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。
练习
练习
7. 半导体薄膜压力传感器是一种易于网购、价格不贵的电学元件。它的工作原理是半导体材料的“压阻效应”（压阻效应是指当半导体材料沿某一方向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象）。当压力增大时，传感器的电阻会减小。利用它可以制作苹果自动分拣装置，下图是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。试简述其原理。
练习
8. （多选）在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1 为定值电阻，R2 为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C 为电容器．当环境温度降低时( )
A．电容器 C 的带电量增大
B．电压表的读数增大
C．电容器 C 两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
§5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
一、门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
一、门窗防盗报警装置
一、门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
二、光控开关
三极管：
晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。三极管由三个电极组成，分别是发射极 e，基极 b 和集电极 c，有 NPN 型和 PNP 型两种。
三极管的一个重要特性是，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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用，对 NPN 型三极管来说，当基极 b 电压比 发射极 e 高 0.7V 时，三极管导通，集电极 c上有电流，否则没电流。
二、光控开关
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。在天色暗到一定程度时路灯自动开启，在天明时自动熄灭。
思考：如何调节电路，使灯泡在天更暗时才亮？
二、光控开关
思考：能不能利用三极管和热敏电阻，设计一个温度报警器，当温度过高时蜂鸣器发声报警，如何调节报警器，使它在更高温度时报警？
练习
1. 许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。如图5-4所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管（也是一种晶体管，有三个电极，当光照强弱变化时，电极间的电阻随之变化）和不透明的挡板。
平时，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
你能说说类似这种光电式传感器还能在哪些场合应用吗？
练习
2. 工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作。
练习
3. 双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器）。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个 U 形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触，点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。
敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触，点恰好接通。请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。
练习
4. 下图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，并回答下列问题：
（1）常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？
（2）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
5. 有一种路灯自动控制装置，用光敏电阻作为传感器，自动控制路灯的接通与断开。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，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。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开。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某个值时，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某个值时，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 R0、光敏电阻 R1、电磁开关、导线开关等。利用以上器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。
练习
6. 某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块 2 可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧 3 拉着；R 为滑动变阻器，4 是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池 E 的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当 P 端的电势高于 Q 端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度 a 时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。
练习
练习
7. 半导体薄膜压力传感器是一种易于网购、价格不贵的电学元件。它的工作原理是半导体材料的“压阻效应”（压阻效应是指当半导体材料沿某一方向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象）。当压力增大时，传感器的电阻会减小。利用它可以制作苹果自动分拣装置，下图是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。试简述其原理。
练习
8. （多选）在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1 为定值电阻，R2 为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C 为电容器．当环境温度降低时( )
A．电容器 C 的带电量增大
B．电压表的读数增大
C．电容器 C 两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大