【高中同步核心辅导】人教版选修3-2第六章第三节 实验：传感器的应用（共40张PPT）
文档属性
| 名称 | 【高中同步核心辅导】人教版选修3-2第六章第三节 实验：传感器的应用（共40张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 960.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-11-24 09:02:42 | ||
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文档简介
课件40张PPT。课前自主导学当堂双基达标 课堂互动探究 3 实验：传感器的应用
一、实验原理
1．光控开关
(1)电路如图6-3-1所示
(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明时自动熄灭，天暗时自动开启的目的．2．温度报警器
(1)电路如图6-3-2所示．(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．二、实验器材
1．光控开关实验
斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V 0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸．2．温度报警器实验
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．
一、光控开关实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．3．接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．
4．用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．
5．逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．二、温度报警器实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．
3．接通电源，调节电阻R，使蜂鸣器常温下不发声．
4．用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．
5．将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．三、注意事项
1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．
3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．
4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些． 如图6-3-3所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，
试说明其工作原理．【解析】 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．
【答案】 见解析 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图6-3-4所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．【解析】 热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热．
【答案】 见解析
1．(多选)如图6-3-5所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光【解析】 A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．
【答案】 BC2．(多选)如图6-3-6所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻．A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是( )A．天黑时，Y处于高电平
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮
【解析】 天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确．
【答案】 BC3．如图6-3-7所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警【解析】 当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．
【答案】 D
4．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图6－3－8所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当K按下接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．这时释放K后，延时开关
S约在1分钟后断开，电灯熄灭．
根据上述信息和电原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约________分钟，这一过程中发光二极管是________(指“发光的”或“熄灭的”)．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．【解析】 开关K按下前，二极管、灯泡、电阻R、电源组成串联电路，所以二极管是发光的．按钮开关K按下再释放后，由于延时开关的作用．所以灯L发光时间为1分钟，此时二极管被短路，所以二极管是熄灭的．
【答案】 发光的 1 熄灭的 ?5．如图6-3-9所示是红外线遥控接收器，甲图为外形，乙图为电路，电路中G为红外线接收头OUT，LED为发光二极管，R为电阻，阻值约为510 Ω，HTD为压电陶瓷喇叭，当接收头未接收到红外线时，接收器不发声．当用遥控器对准接收头(30 m以内)发射红外线时：(1)会产生什么现象？
(2)接收头的作用原理是什么？
【解析】 (1)陶瓷喇叭发出“嘟嘟”的响声，同时发光二极管被点亮闪烁．(2)接收头G是接收红外线的．当未接收到红外线时，接收头输出端为高电平，喇叭不响，二极管不会发光；当接收头接收到红外线时，接收头输入端为高电平，输出端为低电平，喇叭会响，同时二极管会发光．此实验演示了红外线能够实现远距离遥控．
【答案】 见解析
6．(2014·大同高二检测)传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图6-3-10甲所示，图6-3-10乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)点；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(选填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__________________________.【解析】 (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大．
【答案】 (1)a (2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大7．如图6-3-11是一个报警器装置的逻辑电路图，RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端．(1)为什么在高温时电铃会响起？
(2)为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些？
【解析】 (1)热敏电阻的温度上升，RT变小，A的电压低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．(2)若R的值大，由于它的分压作用，使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使PX之间电压降到低电压输入，而当A的电压降低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．
【答案】 (1)见解析 (2)R的值应大一些
一、实验原理
1．光控开关
(1)电路如图6-3-1所示
(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明时自动熄灭，天暗时自动开启的目的．2．温度报警器
(1)电路如图6-3-2所示．(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．二、实验器材
1．光控开关实验
斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V 0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸．2．温度报警器实验
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．
一、光控开关实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．3．接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮．
4．用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．
5．逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．二、温度报警器实验步骤
1．按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上．
2．检查各元件的连接，确保无误．
3．接通电源，调节电阻R，使蜂鸣器常温下不发声．
4．用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．
5．将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．三、注意事项
1．安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．
3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．
4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些． 如图6-3-3所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，
试说明其工作原理．【解析】 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．
【答案】 见解析 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图6-3-4所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．【解析】 热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热．
【答案】 见解析
1．(多选)如图6-3-5所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光【解析】 A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．
【答案】 BC2．(多选)如图6-3-6所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻．A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是( )A．天黑时，Y处于高电平
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮
【解析】 天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确．
【答案】 BC3．如图6-3-7所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警【解析】 当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．
【答案】 D
4．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图6－3－8所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当K按下接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．这时释放K后，延时开关
S约在1分钟后断开，电灯熄灭．
根据上述信息和电原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约________分钟，这一过程中发光二极管是________(指“发光的”或“熄灭的”)．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．【解析】 开关K按下前，二极管、灯泡、电阻R、电源组成串联电路，所以二极管是发光的．按钮开关K按下再释放后，由于延时开关的作用．所以灯L发光时间为1分钟，此时二极管被短路，所以二极管是熄灭的．
【答案】 发光的 1 熄灭的 ?5．如图6-3-9所示是红外线遥控接收器，甲图为外形，乙图为电路，电路中G为红外线接收头OUT，LED为发光二极管，R为电阻，阻值约为510 Ω，HTD为压电陶瓷喇叭，当接收头未接收到红外线时，接收器不发声．当用遥控器对准接收头(30 m以内)发射红外线时：(1)会产生什么现象？
(2)接收头的作用原理是什么？
【解析】 (1)陶瓷喇叭发出“嘟嘟”的响声，同时发光二极管被点亮闪烁．(2)接收头G是接收红外线的．当未接收到红外线时，接收头输出端为高电平，喇叭不响，二极管不会发光；当接收头接收到红外线时，接收头输入端为高电平，输出端为低电平，喇叭会响，同时二极管会发光．此实验演示了红外线能够实现远距离遥控．
【答案】 见解析
6．(2014·大同高二检测)传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图6-3-10甲所示，图6-3-10乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)点；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(选填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是__________________________.【解析】 (1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大．
【答案】 (1)a (2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大7．如图6-3-11是一个报警器装置的逻辑电路图，RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端．(1)为什么在高温时电铃会响起？
(2)为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些？
【解析】 (1)热敏电阻的温度上升，RT变小，A的电压低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．(2)若R的值大，由于它的分压作用，使RT两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使PX之间电压降到低电压输入，而当A的电压降低到某一值时，Y会由低电平跳到高电平，加在电铃两端的电压变大，电铃响起．
【答案】 (1)见解析 (2)R的值应大一些