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 课件(共17张PPT)
文档属性
| 名称 | 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 课件(共17张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-05-23 14:40:04 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
第五章 传感器
第三节 利用传感器制作简单的自动控制装置
有源蜂鸣器3V-12V
6V碱锰干电池
小型2档2脚KCD-2P开关
JQX-14FC-1Z 小型继电器
实验1 门窗防盗报警装置
表1 基本元件及参数
1.装置示意图及电路图
门的上沿嵌入一小块永磁体 M，门框内与 M 相对的位置嵌入干簧管 SA，并将干簧管接入报警电路。 干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。
门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置电路图
干簧管作为传感器，感知磁体磁场是否存在。
继电器(虚线框内)为执行装置。
发光二极管LED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。
实验1 门窗防盗报警装置
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控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
a
b
c
K
实验1 门窗防盗报警装置
3.实验操作
(1)连接电路前，用磁体靠近干簧管，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1 门窗防盗报警装置
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：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。
实验2 光控开关
1.晶体三极管的功能
：电流放大作用、开关作用
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。
2.实验器材和装置
实验2 光控开关
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。
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。
可调电阻R1的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。如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯。
3.用继电器启闭供电电路
为了能够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、闭另外的供电电路，如图中K为继电器的线圈，S 为它的常开触点。
为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。
实验2 光控开关
表2 基本元件及参数
实验2 光控开关
4.电路工作原理
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。
实验2 光控开关
(1)按图连接电路，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射，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，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。
如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
5.实验操作
实验2 光控开关
解：加速度a向右时，电压表指针左偏。
当物体具有向右的加速度a时，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。
根据顺着电流方向电势降低，可知P端的电势低于Q点的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转。
讨论：表盘的刻度是否均匀分布？
(P105NO.1)例1.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。
(P105NO.1)例1.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。
解：设加速度为a时，电压表读数为U，则
2kx = ma
U与a成正比，表盘刻度均匀。
(P108NO.4)例2. 某同学在研究性学习活动中自制电子秤， 原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属 弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变 阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端， 此时电压表示数为0。设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。试推导出电压表示数U与所称物 体质量m的关系式。
解：空盘时，U=0
盘中有m时，弹簧下降x，则 mg = kx
电路接入电阻 Rx= R
回路中 I =
电压 U = IRx
总 结
1.重要电子元件的特性
(1)二极管：发光的、不发光的。符号。单向导电性，正负极区分。
(2)继电器：符号、结构及工作原理。常开、常闭触点的区分。
(3)三极管：NPN、PNP型。符号。功能有电流放大、开关作用。
2.典型的自控装置
(1)防盗报警器：看懂电路图，说清工作原理；会画继电器的连线。
(2)光控开关：电路图，工作原理；会调整工作状态。
第五章 传感器
第三节 利用传感器制作简单的自动控制装置
有源蜂鸣器3V-12V
6V碱锰干电池
小型2档2脚KCD-2P开关
JQX-14FC-1Z 小型继电器
实验1 门窗防盗报警装置
表1 基本元件及参数
1.装置示意图及电路图
门的上沿嵌入一小块永磁体 M，门框内与 M 相对的位置嵌入干簧管 SA，并将干簧管接入报警电路。 干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。
门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置电路图
干簧管作为传感器，感知磁体磁场是否存在。
继电器(虚线框内)为执行装置。
发光二极管LED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。
实验1 门窗防盗报警装置
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控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
a
b
c
K
实验1 门窗防盗报警装置
3.实验操作
(1)连接电路前，用磁体靠近干簧管，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1 门窗防盗报警装置
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：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。
实验2 光控开关
1.晶体三极管的功能
：电流放大作用、开关作用
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。
2.实验器材和装置
实验2 光控开关
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。
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。
可调电阻R1的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。如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯。
3.用继电器启闭供电电路
为了能够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、闭另外的供电电路，如图中K为继电器的线圈，S 为它的常开触点。
为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。
实验2 光控开关
表2 基本元件及参数
实验2 光控开关
4.电路工作原理
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。
实验2 光控开关
(1)按图连接电路，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射，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，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。
如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
5.实验操作
实验2 光控开关
解：加速度a向右时，电压表指针左偏。
当物体具有向右的加速度a时，滑块所受的弹簧的拉力的合力向右，滑块向左移动。
根据顺着电流方向电势降低，可知P端的电势低于Q点的电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转。
讨论：表盘的刻度是否均匀分布？
(P105NO.1)例1.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。
(P105NO.1)例1.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。
解：设加速度为a时，电压表读数为U，则
2kx = ma
U与a成正比，表盘刻度均匀。
(P108NO.4)例2. 某同学在研究性学习活动中自制电子秤， 原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属 弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变 阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端， 此时电压表示数为0。设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。试推导出电压表示数U与所称物 体质量m的关系式。
解：空盘时，U=0
盘中有m时，弹簧下降x，则 mg = kx
电路接入电阻 Rx= R
回路中 I =
电压 U = IRx
总 结
1.重要电子元件的特性
(1)二极管：发光的、不发光的。符号。单向导电性，正负极区分。
(2)继电器：符号、结构及工作原理。常开、常闭触点的区分。
(3)三极管：NPN、PNP型。符号。功能有电流放大、开关作用。
2.典型的自控装置
(1)防盗报警器：看懂电路图，说清工作原理；会画继电器的连线。
(2)光控开关：电路图，工作原理；会调整工作状态。