人教版高中物理选择性必修第二册第5章传感器第3节利用传感器制作简单的自动控制装置课件（33页PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选择性必修第二册第5章传感器第3节利用传感器制作简单的自动控制装置课件（33页PPT） |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 1.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-02-04 00:00:00 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
第五章 传感器
第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置
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自动控制装置。
学习任务一 实验1 门窗防盗报警装置
教材新知梳理
一、实验目的
1. 了解门窗防盗报警装置的工作原理。
2. 了解干簧管和继电器的特点及在装置中的作用。
二、实验原理
1. 干簧管
（1）特点：感知磁体磁场是否存在的传感器。
（2）作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。
2. 继电器
（1）特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通；无电流时，开 关与触点b接通。
（2）作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相 当于一个自动的双向开关。
3. 实验电路
4. 工作原理
闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通 状态，继电器使动触点c与触点a接通，发光二极管LED发光。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，使开关转换为c、b 接通，蜂鸣器H发声报警。
三、实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R（330 Ω）、蜂鸣器H、电源、 小磁体、开关等。
四、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，按照实验电路图连接电路。
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。
关键核心突破
【典例1】小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所 示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器 的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器 的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3 V， 继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。
当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的
衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻
值随温度变化的图像。
（1）由图乙可知，当环境温度为40 ℃时，热敏电阻阻值为 Ω。
解析：（1）由题图乙可知，当环境温度为40 ℃时，热敏电阻阻值为70 Ω。
70
（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器 的磁性将 。
解析：（2）分析题图乙发现：温度升高时，热敏电阻阻值减小。
根据欧姆定律，热敏电阻阻值减小，电路中电流就会增大，电磁铁的磁性就 会增强。
减小
增强
（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 （选填“A”或“B”）相连。
解析：（3）因当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分 离，警铃响，所以，警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应 与接线柱A相连。
B
（4）请计算说明，环境温度在 范围内时，警铃报警。
t≥80 ℃
一、实验目的
1. 了解光控开关的工作原理。
2. 练习利用光控开关制作自动控制设备。
学习任务二 实验2 光控开关
教材新知梳理
二、实验原理
1. 晶体三极管
（1）两种类型
（2）三个电极
①发射极e；②基极b；③集电极c。
（3）重要特性
①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，这就是三极 管的电流放大作用。
②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
2. 光控开关
（1）电路图（如图甲）
（2）工作原理
当光照较强时，RG较小，加在基极上的电压较小，三极管不导通，LED不 亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上的电压增大，当达到一定程度 后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。
3. 光控开关控制电路
（1）电路图（如图乙）
（2）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，继电器所在的 回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导 通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。（注：与继电器 并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏）
三、实验器材
可调电阻R1（最大电阻为51 kΩ）、限流电阻R2（330 Ω）、光敏电阻RG、三 极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L（6 V 0.3 A）、二极管D、 电源等。
四、实验步骤
1. 按照实验电路图连接电路，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，当光照增强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡 L熄灭。
五、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。
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。
关键核心突破
【典例2】（教材改编题）城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯 电路的开关，实现自动控制。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（如夜晚）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，在夜晚打开。电磁开关的内部结构如 图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点 连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分 离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。
励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在虚线框中画出电路原 理图。
光敏电阻R1，符号为 ；
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号为 ；
保护电阻R2，符号为 ；
电磁开关，符号为 ；
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；
开关S，导线若干。
见解析图
解析：（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时灯泡熄灭，则 光敏电阻应与1、2串联，灯泡与3、4串联，电路图如图所示。
（2）回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为 V，保 护电阻R2的阻值范围是 Ω；
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时， 接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请 结合本题中电磁开关内部结构图说明。
20
160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之 间接通；不吸合时，3、4之间断开。
A. 电磁继电器与发电机工作原理相同
B. 电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C. 电磁铁工作时，上端为S极
D. 当有人闯入保密室时，B灯亮
D
1
2
3
4
解析：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理 制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁 芯有关，选项B错误；由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据右 手螺旋定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密 室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，B灯所在电路接 通，B灯亮，选项D正确。
1
2
3
4
2. 某实验小组设计了一个声、光控制照明系统。声、光控制开关需要同时满 足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
（1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 （选填“并 联”或“串联”）关系。
解析：（1）由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才 接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 串联关系。
串联
1
2
3
4
（2）其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境亮度越大，光敏元 件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光照 度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙 所示，此时I0＝ A。
解析：（2）题图丙中电流表的测量范围为0～0.6 A，精度为0.02 A，根据电 流表的读数规律，可知，该电流表的读数为0.42 A。
0.42
1
2
3
4
（3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调 。
解析：（3）由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值 时，对应光敏元件的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始 工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
小
1
2
3
4
3. 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图所示，制成 光电报警装置。当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很 弱时，蜂鸣器不发声。①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小。②干 簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈中有一定的 电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片 在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。
当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消
失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态。电
路已经连接一部分，请将电路完整连接好。
1
2
3
4
解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路； 而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回 路。当有光照时，光敏电阻阻值变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，开 关接通，最终使得蜂鸣器发声，电路如图所示。
见解析图
1
2
3
4
4. 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。
见解析图
1
2
3
4
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。
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第五章 传感器
第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置
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自动控制装置。
学习任务一 实验1 门窗防盗报警装置
教材新知梳理
一、实验目的
1. 了解门窗防盗报警装置的工作原理。
2. 了解干簧管和继电器的特点及在装置中的作用。
二、实验原理
1. 干簧管
（1）特点：感知磁体磁场是否存在的传感器。
（2）作用：将磁场的存在与否转换为电路的通断。
2. 继电器
（1）特点：继电器线圈中有电流通过时，开关与触点a接通；无电流时，开 关与触点b接通。
（2）作用：将继电器中电流的有无转换为指示灯和蜂鸣器电路的控制，相 当于一个自动的双向开关。
3. 实验电路
4. 工作原理
闭合开关S，系统处于防盗状态，当门窗紧闭时，磁体M使干簧管处于导通 状态，继电器使动触点c与触点a接通，发光二极管LED发光。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，使开关转换为c、b 接通，蜂鸣器H发声报警。
三、实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R（330 Ω）、蜂鸣器H、电源、 小磁体、开关等。
四、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，按照实验电路图连接电路。
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。
关键核心突破
【典例1】小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所 示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器 的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器 的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3 V， 继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30 Ω。
当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的
衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻
值随温度变化的图像。
（1）由图乙可知，当环境温度为40 ℃时，热敏电阻阻值为 Ω。
解析：（1）由题图乙可知，当环境温度为40 ℃时，热敏电阻阻值为70 Ω。
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（2）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将 ，继电器 的磁性将 。
解析：（2）分析题图乙发现：温度升高时，热敏电阻阻值减小。
根据欧姆定律，热敏电阻阻值减小，电路中电流就会增大，电磁铁的磁性就 会增强。
减小
增强
（3）图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 （选填“A”或“B”）相连。
解析：（3）因当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分 离，警铃响，所以，警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应 与接线柱A相连。
B
（4）请计算说明，环境温度在 范围内时，警铃报警。
t≥80 ℃
一、实验目的
1. 了解光控开关的工作原理。
2. 练习利用光控开关制作自动控制设备。
学习任务二 实验2 光控开关
教材新知梳理
二、实验原理
1. 晶体三极管
（1）两种类型
（2）三个电极
①发射极e；②基极b；③集电极c。
（3）重要特性
①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，这就是三极 管的电流放大作用。
②在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
2. 光控开关
（1）电路图（如图甲）
（2）工作原理
当光照较强时，RG较小，加在基极上的电压较小，三极管不导通，LED不 亮；当光线较弱时，RG阻值增大，加在基极上的电压增大，当达到一定程度 后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。
3. 光控开关控制电路
（1）电路图（如图乙）
（2）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，继电器所在的 回路相当于断路；当环境光线比较暗时，光敏电阻RG阻值较大，三极管导 通，集电极电流较大，驱动继电器吸合开关S，点亮灯泡L。（注：与继电器 并联的二极管D，提供自感电流释放通路，以保护三极管不被烧坏）
三、实验器材
可调电阻R1（最大电阻为51 kΩ）、限流电阻R2（330 Ω）、光敏电阻RG、三 极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L（6 V 0.3 A）、二极管D、 电源等。
四、实验步骤
1. 按照实验电路图连接电路，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，当光照增强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡 L熄灭。
五、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。
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。
关键核心突破
【典例2】（教材改编题）城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯 电路的开关，实现自动控制。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（如夜晚）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，在夜晚打开。电磁开关的内部结构如 图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点 连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分 离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通。
励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，在虚线框中画出电路原 理图。
光敏电阻R1，符号为 ；
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号为 ；
保护电阻R2，符号为 ；
电磁开关，符号为 ；
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；
开关S，导线若干。
见解析图
解析：（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时灯泡熄灭，则 光敏电阻应与1、2串联，灯泡与3、4串联，电路图如图所示。
（2）回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为 V，保 护电阻R2的阻值范围是 Ω；
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时， 接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请 结合本题中电磁开关内部结构图说明。
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160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之 间接通；不吸合时，3、4之间断开。
A. 电磁继电器与发电机工作原理相同
B. 电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C. 电磁铁工作时，上端为S极
D. 当有人闯入保密室时，B灯亮
D
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解析：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理 制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁 芯有关，选项B错误；由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据右 手螺旋定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；当有人闯入保密 室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，B灯所在电路接 通，B灯亮，选项D正确。
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2. 某实验小组设计了一个声、光控制照明系统。声、光控制开关需要同时满 足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
（1）声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 （选填“并 联”或“串联”）关系。
解析：（1）由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才 接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是 串联关系。
串联
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（2）其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境亮度越大，光敏元 件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作。在设定的光照 度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙 所示，此时I0＝ A。
解析：（2）题图丙中电流表的测量范围为0～0.6 A，精度为0.02 A，根据电 流表的读数规律，可知，该电流表的读数为0.42 A。
0.42
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（3）为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调 。
解析：（3）由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值 时，对应光敏元件的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始 工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
小
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3. 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图所示，制成 光电报警装置。当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很 弱时，蜂鸣器不发声。①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小。②干 簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈中有一定的 电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片 在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。
当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消
失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态。电
路已经连接一部分，请将电路完整连接好。
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解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路； 而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回 路。当有光照时，光敏电阻阻值变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，开 关接通，最终使得蜂鸣器发声，电路如图所示。
见解析图
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4. 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。
见解析图
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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。
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