教科版高中物理选择性必修第二册第五章传感器4自制简单的控制电路课件（51页ppt）

(共51张PPT)
第五章　传感器
4.自制简单的控制电路
第*页
核心素养：1.进一步理解常用传感器的工作原理及应用. 2.学会利用传感器制作简单 的自动控制电路.
第*页
研习任务一　传感器的应用
教材　认知
1. 电熨斗：其设定和控制温度都是依靠热双金属片温度传感器来实现.
2. 电饭锅：依靠温度传感器（感温铁氧体）对烹煮过程进行控制.
3. 火灾报警器是光传感器的应用
烟雾报警器带孔的罩子内装有发光元件和受光元件，根据其结构特点一般可分为遮光 型和散射型两种.
4. 一辆普通轿车上安装几十到近百个传感器.
研习　经典
BD
A. 常温下感温铁氧体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B. 当温度超过103 ℃时，感温铁氧体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C. 饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮不会跳起
D. 常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
解析：开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁铁与感温铁氧体相吸，手松开后，按钮 不再恢复到题图所示状态，电路接通，电饭锅加热，因此感温铁氧体不会自动吸起永 磁铁，故A错误；如果在标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后温度为100 ℃，不会 自动断电，只有当水烧干后，温度升高达到103 ℃时，感温铁氧体失去了磁性，会自 动断电，故B、D正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103 ℃时，感温铁氧体失去磁性，在弹簧作用下，开关按钮会自动跳起，从而切断电源， 故C错误.
对应　训练
A. 随环境温度逐渐升高，A端电势不断增大
B. 若蜂鸣器开始报警，则A端电势高于1.6 V
C. 若滑片P向a端移动，则该系统触发报警的温度将降低
D. 蜂鸣器报警时，若环境温度降低，当A端电势到1.0 V时，蜂 鸣器已停止工作
C
第*页
研习任务二　光控LED灯
教材　认知
1. 实验器材和装置
（1）晶体三极管
三个电极：①发射极e；②基极b；③集电极c.
起到开关和放大作用.
起到二级放大，驱动发光二极管发光的作用.
（2）实验器材：发光二极管（LED），NPN型三极管Q1，PNP型三极管Q2，光敏电 阻RL，可调电阻R1，限流、保护电阻R2、R3.
（3）实验电路图
2. 电路工作原理
有光照的情况下，光敏电阻的阻值只有几欧到几十欧，Q1的基极与发射极间电压小， 不能导通；Q2的发射极与基极间电压也较小，也不能导通，所以LED不会发光.无光 照时，光敏电阻的阻值会达到MΩ量级.Q1的基极与发射极间电压大，导通，Q2的发 射极与基极间电压较大，导通，于是LED发光.
3. 实验操作
（1）连接电路，检查无误后，接通电源.
（2）用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED刚好不发光.
（3）减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED发光.
（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED熄灭.
研习　经典
[典例2]　光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用.街道路灯自动控制就是其应用之 一，如图所示电路为模拟电路，其中A为一光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流信号 放大器，D为路灯.请连成正确的电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.
答案：见解析图
解析：当有光照射时，光敏电阻阻值较小，电流经过放大器输出一个较大的电流，驱 动电磁继电器吸合，使两个触点断开；当无光照时，光敏电阻阻值增大，电流减小， 放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通， 路灯开始工作，电路如图所示.
对应　训练
A. 白天有光照时，光传感器自动闭合
B. 夜晚无光照时，光传感器自动断开
C. 有人走动或发出声音时，声传感器自动断开
D. 夜晚狂风大作时，过道灯亮了，说明声传感器和光传感器都 没坏
D
解析：根据题意可知，白天有光照时，光传感器自动断开，夜晚无光照时，光传感器 自动闭合，有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，两个开关同时闭合，灯就会 自动亮，故A、B、C错误；夜晚狂风大作时，过道灯亮了，说明声传感器和光传感器 都没有损坏，故D正确.故选D.
第*页
研习任务三　温度报警器
教材　认知
1. 实验器材和装置：热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、 电阻箱.
2. 电路工作原理：利用热敏电阻作控制元件，从而通过温度来实现自动控制，当温 度发生变化时，电阻RT的阻值发生变化，电路中的电流变化，当RT的阻值变化到一定 值时，蜂鸣器发声报警.
3. 实验步骤
（1）先检测蜂鸣器的工作情况，有无损坏.
（2）按照电路图连接电路，把热敏电阻放置到温控箱里.
（3）把电阻箱调到预设好的电阻，然后闭合开关.
（4）不断调节温控箱中的温度.当蜂鸣器开始报警时，停止加热，记录下温度 计的示数.
（5）改变电阻箱的电阻，重复上述步骤.
研习　经典
[典例3]　热敏电阻包括正温度系数电阻器（PTC）和负温度系数电阻器（NTC），正 温度系数电阻器的电阻随温度的升高而增大，负温度系数电阻器的电阻随温度的升高 而减小.某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻Rx的导电特性.
A. 电池组（3 V、内阻1 Ω）
B. 电流表（0～0.6 A，内阻约0.125 Ω）
C. 电压表（0～3 V，内阻约4 kΩ）
D. 滑动变阻器（0～20 Ω，允许最大电流1 A）
E. 滑动变阻器（0～2 000 Ω，允许最大电流0.3 A）
F. 开关、导线
（1）实验采用的电路图如图甲所示，则滑动变阻器选 .（填仪器前的字母 序号）
　　　　　　甲　　　　　　　　乙
解析：（1）滑动变阻器采用分压式接法，则选小范围阻值，故选D.
（2）用该电路测量电阻，测量值 （选填“大于”或“小于”）真实值.
解析：（2）电流表采用内接法，则电阻的测量值大于真实值.
D　
大于　
（3）该小组测出某个热敏电阻的U－I图像如图乙所示，请分析说明该曲线对应的热 敏电阻是 （选填“PTC”或“NTC”）热敏电阻.
解析：（3）由题图乙可知，U－I图像中图线上各点与原点连线的斜率逐渐变大，则 阻值随温度的升高而增大，说明该曲线对应的热敏电阻是PTC热敏电阻.
（4）在本实验中，某同学用螺旋测微器测该电阻丝的直径如图丙所示，直径 为 mm.
丙
PTC　
4.487　
　　乙
解析：（4）螺旋测微器测得该电阻丝的直径为D＝4 mm＋0.01 mm×48.7＝4.487 mm.
对应　训练
3. 某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中，所用热敏电阻RT 的阻值随温度升高而减小，由该热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理图如图 所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路.
（1）为了使温度过高时报警器响铃，
c应接在 （填“a”或“b”）处.
b　
解析：（1）温度升高时热敏电阻阻值减小，控制电路中的电流增大，则电磁铁的磁性增强，将衔铁吸引下来与下方b处接通，故c应接在b处.
（2）若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P向 （填“上”或 “下”）移动.
上　
解析：（2）若要使启动报警的温度降低些，相当于增大临界状态的热敏电阻阻值，为了仍等于电磁铁将衔铁吸引下来的电流临界值，则需要减小滑动变阻器的阻值，即滑片P向上移动.
（3）如果报警器达到报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器 响铃，检查后发现电路连接完好，各电路元件完好，则造成电路不能正常工作的原因 可能是 .
A. 控制电路中电源E1的电动势过小
B. 继电器中线圈匝数过多
C. 继电器中弹簧劲度系数过大
AC　
解析：（3）报警器响铃的条件是控制电路中的电流大于等于临界值，控制电路中电源E1的电动势过小，即使无论如何调节滑动变阻器的滑片P都无法使电路中的电流升高到临界值，故A正确；继电器中线圈匝数过多，使电磁铁磁性更强，更容易使报警器报 警，故B错误；继电器中弹簧劲度系数过大时，电磁铁在到达临界条件的电流时，引 力无法将衔铁吸引下来，故C正确.
第*页
课时作业（十八）
[基础训练]
A. 向右偏到某一刻度后回到零刻度
B. 向左偏到某一刻度后回到零刻度
C. 向右偏到某一刻度后不动
D. 向左偏到某一刻度后不动
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 常温下，电熨斗的上下触点应该是分离的
B. 图中双金属片上层的膨胀系数大于下层金属片的膨胀系数
C. 熨烫棉麻衣物时需要设定较高的温度，应旋转调温旋钮，使升降螺钉上升
D. 熨烫丝绸衣物时需要设定较低的温度，应旋转调温旋钮，使升螺钉上升
BD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：常温时，电熨斗的上下触点接触，这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度 过高时双金属片膨胀，因上层的热膨胀系数较大，故上层膨胀得厉害，双金属片向下 弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热；当温度降低 后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，故A错误，B正确.熨烫棉麻衣物需要设 定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使升降螺 钉下降；熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使升降螺钉上升，故C错误，D正确.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B. 当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C. 当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D. 当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
解析：R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值 变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭 合电路欧姆定律得：U＝E－I（R1＋r），当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小， A、B间的电压U增大，故C项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间 的电压U减小，故D项错误.
BC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 温度升高至74 ℃时，灯L1亮报警
B. 温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
C. 温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
D. 温度升高至78 ℃时，灯L2亮报警
解析：当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，并不报警；当温度升 高到78 ℃时，线圈中有电流，磁体吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警.
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. I变大，U变小 B. I变小，U变大
C. I变大，U变大 D. I变小，U变小
解析：由“串反并同”知当传感器处出现磁体，RB减小时，干路电流变大，U变小， 电流表示数变大，即I变大，故A对，B、C、D错.
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6. 磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成.某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线圈的工 作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下 运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为理想电压表.
　
甲 乙
（1）为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向 （填“c”或 “d”）端移动.
解析：（1）根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁感应强度越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应该滑向c端.
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（2）已知电磁铁线圈的直流电阻为30 Ω，滑动变阻器的最大阻值为170 Ω，电源E的 电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则电源E的内阻 为 Ω（结果保留2位有效数字）.
0.21
甲 乙
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：（3）线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，根据电阻定律，R1的阻值将增大.根据串联电路分压规律可知，电阻增大，电压增大，所以电压表V2的读数将增大.
增大
增
大
乙
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（4）在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈 两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则线圈两端电压至 少为 V.
解析：（4）由图丙可知，F＝1 200 N时对应的电 压为6.0 V，即要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则 电压至少为6.0 V.
丙
6.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7. 如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电.
（1）房卡的作用相当于一个 （填电路元件名称）接在干路上.
解析：（1）房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的开关.
开关
甲
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（2）如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁 铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能 使用室内各种用电器.当继电器工作时，cd相吸，ab便接通.请你将各接线端1、2、 3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路.
乙
答案：（2）图见解析
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析（2）将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接 成回路，即按8—7，4—5，6—9，1—3，2—10连接起来，构成正常的电门卡电路， 如图.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[能力提升]
8. 如图所示是某研究学习小组模拟街道路灯自动控制电路的电路图，光控开关 可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度的增强而减小，利用直 流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电.为达到天亮灯熄、天暗灯亮的 效果，路灯应接在 （填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导 线，正确连接部分电路元件.
AB　
答案：　见解析图
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：该模拟电路原理是：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁中电流的大 小，即可调节电磁铁的磁性强弱，吸引或者释放衔铁，从而断开或接通路灯，达到天 亮灯熄、天暗灯亮的效果.因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，电路的电流 较大，电磁铁的磁性强，可将衔铁吸下，接通BC，
断开AB；又因为天亮需要断开路灯，所以路灯应
接在AB之间.电路连线直接将DE两端口与光敏电
阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可.电路
如图所示.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
9. 传感器担负着信息采集的任务，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（电学量），例如热敏传感 器.某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传 感器制作的简单自动报警器线路图.问：
（1）为了使温度过高时报警器响铃，c应接在 （填“a”或“b”）处.
a　
解析：（1）由题图甲可知，热敏电阻RT在温度升高时阻值变小，电路中电流变大，电磁铁磁性增强，把右侧衔铁吸引过来，与a接触，故c应接在a处.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（2）若要使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向 （填“左”或 “右”）移动.
解析：（2）若要使启动报警的温度提高，则应使电路中 电阻更大，滑动变阻器的滑片P向左移动.
左　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度
系数太大，电磁铁的吸引力不能使弹簧发生足够大的形变
解析：（3）电源提供的电压太小以至于电磁铁磁性太弱 或弹簧劲度系数太大，电磁铁的吸引力不能使弹簧发生 足够大的形变.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10. 为了比赛的公平公正，学校短跑比赛设计安装了一款防抢跑装置，该装置安装在 起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图：起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3 都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时 开关S2断开；当电流表示数小于或等于30 mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连， 绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30 mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮 同时铃声响，有人抢跑.已知两电路电源电压均为6 V，保持不变，压力传感器R的阻 值随所受压力变化的图像如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（1）起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人（压力F ＝0）时，左端电路消耗的电功率为多少？
答案：（1）0.12 W　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（2）比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900 N时，左端电 路电流表读数为多少？
答案：（2）0.06 A　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（3）比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1 500 N时，要使得红灯不 亮，电阻R0至少为多大？
答案：（3）150 Ω
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10