《学霸笔记 同步精讲》第5章 传感器 3.利用传感器制作简单的自动控制装置（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第5章 传感器 3.利用传感器制作简单的自动控制装置（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.了解门窗防盗报警装置电路及工作原理,会组装门窗防盗报警装置。
2.了解光控开关电路及工作原理,会组装光控开关。
素 养 阐 释
1.分析门窗防盗报警装置及光控开关的电路和工作原理,掌握科学思维的方法。
2.利用传感器设计并制作简单的自动控制装置,培养科学探究的能力。
自主预习·新知导学
一、实验1 门窗防盗报警装置
1.实验目的:了解门窗防盗报警装置的工作原理,练习使用传感器制作自动控制装置。
2.实验器材和装置:干簧管SA(常开型)、继电器、发光二极管LED(绿色)、电阻R、蜂鸣器H、电源(干电池6 V)、小磁体、开关。
(1)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)继电器(虚线方框部分)作为执行装置。
(3)发光二极管LED作为电路正常工作提示。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。它小巧、省电,因此许多家用电器上都用它作指示灯。
(4)R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。
3.实验电路:
门窗防盗报警装置电路图
4.实验原理:
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。
5.实验操作:
(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,按照上图所示连接电路。
(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。
二、实验2 光控开关
1.实验目的:了解光控开关的工作原理,练习使用传感器制作自动控制装置。
2.实验器材和装置:可调电阻R1(最大电阻为51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻RG(暗电阻>1 MΩ,亮电阻<3 kΩ)、三极管VT、发光二极管LED(红色)、继电器、小灯泡L(6 V 0.3 A)、二极管D、电源(干电池6 V)。
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。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。
3.实验电路:
甲
乙
4.实验原理:
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,把光敏电阻因光照而发生的电阻变化,转换为电压的变化,加载到三极管VT的基极b上(图甲)。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。
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。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。
(1)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。
(2)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。
5.实验操作:
(1)按照上图所示连接电路,检查无误后,接通电源。
(2)让光敏电阻RG受到白天较弱的自然光照射,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。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(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,二极管连入电路的两极不能反接,否则继电器不能正常工作。( )
(3)光控开关的敏感元件是光敏电阻,光照越强,其电阻阻值越大。( )
(4)自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯发光。( )
√
√
×
√
2.光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮,应该怎样操作
提示:应该把R1阻值调得更大些,就会在天更暗时才点亮路灯。
合作探究·释疑解惑
知识点
自动控制电路
【问题引领】
右图是一种自动控制水温的装置,加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间 负温度系数的热敏电阻两端M、N接在哪两个触头之间
提示:工作过程:当温度低于设计值时,热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使继电器工作,电炉丝被接通加热。当温度达到设计值,热敏电阻阻值减小到某一值时,通过电磁继电器的电流达到工作电流,电炉丝被断开,停止加热。所以端点P、Q应接在触头a、b之间,端点M、N应接在触头e、f之间。
【归纳提升】
电磁继电器的工作原理
由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用电磁继电器来启闭工作电路,如图所示。其中图中虚线框内即为电磁继电器,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与E接触,将工作电路接通;当线圈A中电流为0时,电磁铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下被拉起,带动触点D与E分离,自动切断工作电路。
【典型例题】
【例题】 现有负温度系数的热敏电阻、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。
答案:见解析
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。本题主要考查自动控制电路的分析,提高理论分析能力和科学思维。
自动控制电路的分析方法
分析自动控制电路经常用的方法是逻辑分析法,其分析的思路如下:从自动控制电路的某种逻辑关系入手,由敏感元件→转换元件→控制电路→工作电路→控制目的等,按此顺序依次进行分析。
【变式训练】 光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中就可用于街道路灯的自动控制开关,下图为模拟电路,其中A为光敏电阻,B为电磁继电器,C为照明电路,D为路灯,请连成正确的电路,达到日出灯熄、日落灯亮的效果。
答案:图见解析
解析:电路连接如图所示。当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路电流增大,电磁继电器B工作,吸下衔铁使触点断开,路灯熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路电流减小,弹簧将衔铁拉起,触点接通,路灯点亮。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(报警装置)(多选)下图是温度报警器电路示意图,其中RT为负温度系数热敏电阻,下列关于对此电路的分析正确的是( )
A.当RT的温度降低时,RT增大,蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时,RT减小,蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R时,温度要更高一些,蜂鸣器才会发出报警声
D.当增大R时,温度低一些,蜂鸣器就会发出报警声
答案:BC
解析:当RT温度升高时,电阻减小,控制电路中电流增大,衔铁被吸下,蜂鸣器导通,发出警报,A错误,B正确;当增大R时,控制电路中电流达到使电磁铁吸下衔铁的值时,RT要更小一些, 即温度要更高一些,C正确,D错误。
2.(控制电路)图甲为某宾馆的房卡,只有把房卡插入槽中,房间内的灯和插座才会有电。
甲
(1)房卡的作用相当于一个 (填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示,当房客进门时,只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中,这时由于磁体吸引簧片,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:(1)开关
(2)如图所示
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,所以房卡相当于干路上的开关。
(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源接成回路,构成正常的电门卡电路。
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
第五章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
1.了解门窗防盗报警装置电路及工作原理,会组装门窗防盗报警装置。
2.了解光控开关电路及工作原理,会组装光控开关。
素 养 阐 释
1.分析门窗防盗报警装置及光控开关的电路和工作原理,掌握科学思维的方法。
2.利用传感器设计并制作简单的自动控制装置,培养科学探究的能力。
自主预习·新知导学
一、实验1 门窗防盗报警装置
1.实验目的:了解门窗防盗报警装置的工作原理,练习使用传感器制作自动控制装置。
2.实验器材和装置:干簧管SA(常开型)、继电器、发光二极管LED(绿色)、电阻R、蜂鸣器H、电源(干电池6 V)、小磁体、开关。
(1)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)继电器(虚线方框部分)作为执行装置。
(3)发光二极管LED作为电路正常工作提示。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。它小巧、省电,因此许多家用电器上都用它作指示灯。
(4)R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。
3.实验电路:
门窗防盗报警装置电路图
4.实验原理:
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。
5.实验操作:
(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,按照上图所示连接电路。
(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。
二、实验2 光控开关
1.实验目的:了解光控开关的工作原理,练习使用传感器制作自动控制装置。
2.实验器材和装置:可调电阻R1(最大电阻为51 kΩ)、限流电阻R2(330 Ω)、光敏电阻RG(暗电阻>1 MΩ,亮电阻<3 kΩ)、三极管VT、发光二极管LED(红色)、继电器、小灯泡L(6 V 0.3 A)、二极管D、电源(干电池6 V)。
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。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。
3.实验电路:
甲
乙
4.实验原理:
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,把光敏电阻因光照而发生的电阻变化,转换为电压的变化,加载到三极管VT的基极b上(图甲)。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。
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。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。
(1)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。
(2)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。
5.实验操作:
(1)按照上图所示连接电路,检查无误后,接通电源。
(2)让光敏电阻RG受到白天较弱的自然光照射,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。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(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,二极管连入电路的两极不能反接,否则继电器不能正常工作。( )
(3)光控开关的敏感元件是光敏电阻,光照越强,其电阻阻值越大。( )
(4)自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯发光。( )
√
√
×
√
2.光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮,应该怎样操作
提示:应该把R1阻值调得更大些,就会在天更暗时才点亮路灯。
合作探究·释疑解惑
知识点
自动控制电路
【问题引领】
右图是一种自动控制水温的装置,加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间 负温度系数的热敏电阻两端M、N接在哪两个触头之间
提示:工作过程:当温度低于设计值时,热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使继电器工作,电炉丝被接通加热。当温度达到设计值,热敏电阻阻值减小到某一值时,通过电磁继电器的电流达到工作电流,电炉丝被断开,停止加热。所以端点P、Q应接在触头a、b之间,端点M、N应接在触头e、f之间。
【归纳提升】
电磁继电器的工作原理
由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用电磁继电器来启闭工作电路,如图所示。其中图中虚线框内即为电磁继电器,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与E接触,将工作电路接通;当线圈A中电流为0时,电磁铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下被拉起,带动触点D与E分离,自动切断工作电路。
【典型例题】
【例题】 现有负温度系数的热敏电阻、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。
答案:见解析
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。本题主要考查自动控制电路的分析,提高理论分析能力和科学思维。
自动控制电路的分析方法
分析自动控制电路经常用的方法是逻辑分析法,其分析的思路如下:从自动控制电路的某种逻辑关系入手,由敏感元件→转换元件→控制电路→工作电路→控制目的等,按此顺序依次进行分析。
【变式训练】 光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中就可用于街道路灯的自动控制开关,下图为模拟电路,其中A为光敏电阻,B为电磁继电器,C为照明电路,D为路灯,请连成正确的电路,达到日出灯熄、日落灯亮的效果。
答案:图见解析
解析:电路连接如图所示。当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路电流增大,电磁继电器B工作,吸下衔铁使触点断开,路灯熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路电流减小,弹簧将衔铁拉起,触点接通,路灯点亮。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(报警装置)(多选)下图是温度报警器电路示意图,其中RT为负温度系数热敏电阻,下列关于对此电路的分析正确的是( )
A.当RT的温度降低时,RT增大,蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时,RT减小,蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R时,温度要更高一些,蜂鸣器才会发出报警声
D.当增大R时,温度低一些,蜂鸣器就会发出报警声
答案:BC
解析:当RT温度升高时,电阻减小,控制电路中电流增大,衔铁被吸下,蜂鸣器导通,发出警报,A错误,B正确;当增大R时,控制电路中电流达到使电磁铁吸下衔铁的值时,RT要更小一些, 即温度要更高一些,C正确,D错误。
2.(控制电路)图甲为某宾馆的房卡,只有把房卡插入槽中,房间内的灯和插座才会有电。
甲
(1)房卡的作用相当于一个 (填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示,当房客进门时,只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中,这时由于磁体吸引簧片,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:(1)开关
(2)如图所示
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,所以房卡相当于干路上的开关。
(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源接成回路,构成正常的电门卡电路。