5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共20张PPT)
文档属性
| 名称 | 5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共20张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 7.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-11 22:23:52 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置
第五章 传感器
本节提供了两个利用传感器实现简单自动控制的实验，同学们可以根据兴趣和器材条件从中选择一个。只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。
生活中的传感器
光感传感器
水质PH传感器
紫外线传感器
仿生传感器
磁光效应传感器
传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。
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。
实验一：门窗防盗报警装置
1.门窗防盗报警装置的功能和构成
（1）功能
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。
报警电路
M
SA
门窗防盗报警装置
（2）构成
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。
2.实验器材和装置
（1）实验器材
名称 规格型号 名称 规格型号
干簧管 SA 常开型 蜂鸣器 H 有源型
继电器 JQX-14FC 5 V 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 绿色 小磁体
电阻 R 330 Ω 开关
实验原理图
c
a
b
S
LED
H
SA
M
R
（2）装置中各元件的作用
①干簧管：在电路中起传感器和控制开关的作用，作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。
②继电器（虚线方框部分）作为执行装置，继电器则相当于一个自动的双向开关。
③发光二极管LED作为电路正常工作提示。
特别提醒
发光二极管和普通二极管一 样具有单向导电性，而且在导电时还能发光，有红、绿、黄等多种颜色。
④R ：为发光二极管的限流电阻，起保护作用 。
⑤蜂鸣器 H： 作为报警提醒。
c
a
b
S
LED
H
SA
M
R
3.电路工作原理
（1）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。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。
（2）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。
实验原理图
4.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，按照图中所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
5.实验现象
接通电源后，磁体M靠近干簧管SA，电器的动触点c与常开触点a接通发光二极管LED发光；磁体离开干簧管，继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。
1.关于发光二极管，下列说法正确的是（ ）
A.发光二极管能发光，不具有单向导电性
B.发光二极管能直接把光能转化为电能
C.发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光
D.发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光
D
练一练
实验二：光控开关
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。
怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭
我们可以利用光敏电阻来完成这一任务，下面提供两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
名称 规格型号 名称 规格型号
可调电阻 R1 最大电阻为 51 kΩ 继电器 HRS1H-S 5 V 或
JQX-14FC 5 V
限流电阻 R2 330 Ω 小灯泡 L 6 V 0.3 A
光敏电阻 RG 暗电阻 > 1 MΩ 亮电阻 < 3 kΩ 二极管 D IN4001
三极管 VT 8050 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 红色
1.实验器材和装置
（1）晶体三极管：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。
NPN型
PNP型
b
c
e
b
c
e
三极管电路符号及实物图
（2）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。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
2.实验电路
本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。光控电路用发光二极管LED 模仿路灯，RG为光敏电阻，R2 为发光二极管的限流电阻。可调电阻 R1 与光敏电阻 RG 组成串联分压电路。
R1
R2
+Vs
LED
RG
VT
b
c
e
0V
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
发光二极管代表路灯
小灯泡代表路灯
注意：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，如图乙中K为继电器的线圈，S 为它的常开触点。
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
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。
3.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。
4.实验步骤及实验现象
（1）按照图中所示连接电路，检查无误后，接通电源。
R1
R2
+Vs
LED
RG
VT
b
c
e
0V
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
光控开关电路
（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，观察发光二极管LED或小灯泡L的是否发光。
（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是否发光。
5.实验现象
（1）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。
（2）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。
注意：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。
1.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻(光照增强电阻变小)，R2为定值电阻，A、B接监控装置。则( )
①当有人通过通道而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
②当有人通过通道而遮蔽光线时， A、B之间电压降低
③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
练一练
C
利用传感器制作简单的自动控制装置
实验一：
门窗防盗报警装置
实验器材和装置：干簧管、继电器
电路工作原理
实验二：光控开关
实验器材和装置：三极管
实验操作
电路工作原理
实验操作
第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置
第五章 传感器
本节提供了两个利用传感器实现简单自动控制的实验，同学们可以根据兴趣和器材条件从中选择一个。只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。
生活中的传感器
光感传感器
水质PH传感器
紫外线传感器
仿生传感器
磁光效应传感器
传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。
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。
实验一：门窗防盗报警装置
1.门窗防盗报警装置的功能和构成
（1）功能
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。
报警电路
M
SA
门窗防盗报警装置
（2）构成
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。
2.实验器材和装置
（1）实验器材
名称 规格型号 名称 规格型号
干簧管 SA 常开型 蜂鸣器 H 有源型
继电器 JQX-14FC 5 V 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 绿色 小磁体
电阻 R 330 Ω 开关
实验原理图
c
a
b
S
LED
H
SA
M
R
（2）装置中各元件的作用
①干簧管：在电路中起传感器和控制开关的作用，作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。
②继电器（虚线方框部分）作为执行装置，继电器则相当于一个自动的双向开关。
③发光二极管LED作为电路正常工作提示。
特别提醒
发光二极管和普通二极管一 样具有单向导电性，而且在导电时还能发光，有红、绿、黄等多种颜色。
④R ：为发光二极管的限流电阻，起保护作用 。
⑤蜂鸣器 H： 作为报警提醒。
c
a
b
S
LED
H
SA
M
R
3.电路工作原理
（1）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。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。
（2）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。
实验原理图
4.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，按照图中所示连接电路。
（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
5.实验现象
接通电源后，磁体M靠近干簧管SA，电器的动触点c与常开触点a接通发光二极管LED发光；磁体离开干簧管，继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。
1.关于发光二极管，下列说法正确的是（ ）
A.发光二极管能发光，不具有单向导电性
B.发光二极管能直接把光能转化为电能
C.发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光
D.发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光
D
练一练
实验二：光控开关
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。
怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭
我们可以利用光敏电阻来完成这一任务，下面提供两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
名称 规格型号 名称 规格型号
可调电阻 R1 最大电阻为 51 kΩ 继电器 HRS1H-S 5 V 或
JQX-14FC 5 V
限流电阻 R2 330 Ω 小灯泡 L 6 V 0.3 A
光敏电阻 RG 暗电阻 > 1 MΩ 亮电阻 < 3 kΩ 二极管 D IN4001
三极管 VT 8050 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 红色
1.实验器材和装置
（1）晶体三极管：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。
NPN型
PNP型
b
c
e
b
c
e
三极管电路符号及实物图
（2）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。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
2.实验电路
本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。光控电路用发光二极管LED 模仿路灯，RG为光敏电阻，R2 为发光二极管的限流电阻。可调电阻 R1 与光敏电阻 RG 组成串联分压电路。
R1
R2
+Vs
LED
RG
VT
b
c
e
0V
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
发光二极管代表路灯
小灯泡代表路灯
注意：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，如图乙中K为继电器的线圈，S 为它的常开触点。
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
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。
3.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。
4.实验步骤及实验现象
（1）按照图中所示连接电路，检查无误后，接通电源。
R1
R2
+Vs
LED
RG
VT
b
c
e
0V
R1
RG
D
K
S
L
VT
+Vs
0V
光控开关电路
（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，观察发光二极管LED或小灯泡L的是否发光。
（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是否发光。
5.实验现象
（1）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。
（2）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。
注意：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。
1.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻(光照增强电阻变小)，R2为定值电阻，A、B接监控装置。则( )
①当有人通过通道而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
②当有人通过通道而遮蔽光线时， A、B之间电压降低
③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
练一练
C
利用传感器制作简单的自动控制装置
实验一：
门窗防盗报警装置
实验器材和装置：干簧管、继电器
电路工作原理
实验二：光控开关
实验器材和装置：三极管
实验操作
电路工作原理
实验操作