人教版高中物理选择性必修第二册 第5章 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件(共23张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 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件(共23张PPT) |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 4.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-25 00:00:00 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
利用传感器制作简单的自动控制装置
第3节
第五章 传感器
门窗防盗报警装置
第一部分
左图所示是门窗防盗报警装置：该装置具有自动提示报警的功能，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。怎样才能实现上述功能呢？
创设情境
门的开关状态 电路的通断
干簧管
门的开关状态 正常/报警
1.门窗防盗报警装置
探究活动一
（1）实验目的：干簧管的工作原理
（2）实验器材: 干簧管、灯泡、电源、导线…
（3）实验电路图：
干簧管的工作原理是什么？
（4）实验现象？
（5）实验结论？
当磁铁靠近干簧管时灯泡亮，远离时灯泡灭
干簧管起到开关的作用
1.门窗防盗报警装置
探究活动二
（1）实验目的：继电器的工作原理
（2）实验器材: 继电器、灯泡、电源、发光二极管、导线…
（3）实验原理图：
继电器的工作原理是什么？
（4）实验现象？
（5）实验结论？
与常闭相连的灯泡常亮，与常开相连的灯泡不亮，只有弹片与动触电接触时才亮
继电器起到单刀双掷开关的作用
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（1）门窗防盗报警装置功能如何实现？
功能需求 需求特征 可实现的传感器或电路
门和门框有相对位置变化，转换为两种状态
干簧管
发声、发光
蜂鸣器、发光二极管
类似于单刀双掷开关，但要自动切换
电磁继电器
供电、连接.......
合适的电源、导线等
感知门窗开关
报警装置
能自动接通两种状态电路的开关
其他
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（2）设计与调试电路
用小灯泡代替蜂鸣器
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（3）组装电路
实验电路图
电路工作原理
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。
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（3）组装电路
实验电路图
实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330Ω)、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（4）进行实验
实验电路图
实验操作
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。
①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。
光控开关
第二部分
如图为楼道安装的LED感应吸顶灯，其功能之一是具有光控感知功能，能实现“黑暗中环境下自动亮灯等功能，则此灯实现“白天不亮、晚上亮”的自动控制，需要什么传感器？
情境导入
光传感器
光控路灯可以根据关照的变化自动开启或关闭。我们利用光敏电阻可以实现让路灯在天色暗到一定程度是自动开启，而天明时自动熄灭。
2.光控开关
探究活动四
（1）晶体三极管
三极管电路符号及类型：
三极管的特性：
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;
在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
晶体三极管：是半导体元件，具有电流的放大作用，在控制电路中常用作电子开关。
三极管组成：发射极e；基极b；集电极c
2.光控开关
探究活动五
（2）光控开关
电路图
电路工作原理
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，加在基极上的电压很小，三极管不导通，LED不亮；
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，加在基极上的电压变大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。
2.光控开关
探究活动六
（3）光控开关控制电路
电路图
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，继电器所在的回路相当于断路；
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合而点亮灯泡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。)
2.光控开关
探究活动六
（4）光控开关控制电路实验器材和步骤
实验器材
实验步骤
按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源;
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;
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。
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;
让光照加强，当光照增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(2025·河北邯郸高二月考)某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表电阻“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值，示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值为Rt＝ kΩ。
解析：(1)由多用电表电阻挡的读数规则可知，此时热敏电阻的阻值为Rt＝19×100 Ω＝1.9 kΩ。
1.9
C．物体(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路，定值电阻R0＝2.0 kΩ，则在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于最 (选填“左”或“右”)端；在某次测量中，若毫安表A1的示数为2.25 mA，A2的示数为1.50 mA，两电表可视为理想电表，则热敏电阻的阻值为 kΩ。
解析：(2)滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路安全，在开关闭合前应将滑动变阻器的滑片P置
于最左端，由于Rt和R0并联，故有I1R0＝I2Rt，代入数据解得Rt＝3.0 kΩ。
3.0
左
C．物体(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势E＝6.0 V，定值电阻R＝1.8 kΩ，长为l＝50 cm的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.4 mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃，油液外热敏电阻的温度为70 ℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
慢
10
(3)由题图丙可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而逐渐减小，从曲线的斜率可以看出，
图线斜率的绝对值越来越小，故该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越慢。
(4)设警戒液面到油箱底部的距离为x，温度为30 ℃时热敏电阻的阻值为Rt1＝1.5 kΩ，则在
油液内的热敏电阻的阻值为
同理，可得油液外的热敏电阻的阻值为 ，其中 Rt2＝0.5 kΩ
由闭合电路的欧姆定律有
将E＝6 V、I＝2.4 mA、R＝1.8 kΩ代入解得 x＝10 cm。
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
光控开关的应用
2
例2
(2025·河南开封高二月考)光敏电阻广泛应用于光控制电路中，物理探究小组设计了图甲所示的电路测量不同照度下的光敏电阻的阻值，照度单位为勒克斯(lx)。小组成员先将照射光敏电阻的光调至某一照度，将电阻箱阻值调到最大，先闭合电键S1，再将电键S2与1连接，调节电阻箱的阻值如图乙所示时，此时通过电流表A的电流为I，然后将电键S2与2连接，当调节电阻箱的阻值如图丙所示时，电流表的示数恰好也为I。
(1)图乙的读数R1＝ Ω，图丙的读数R2＝ Ω，此照度下光敏电阻阻值R0＝ Ω。
解析：(1)根据电阻箱各旋钮的示数，可知R1＝2320Ω，R2＝1120Ω
根据题意可知，电键与1连接和与2连接时电流表的示数都为I，根据闭合电路的欧姆定律可知
两种情况下电路中电阻大小相等，所以R0＝R1－R2＝2320Ω－1120Ω＝1200Ω。
2320
1120
1200
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
光控开关的应用
2
例2
(2)图丁是该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系图像，由图丁可知(1)中的光照度为
lx(保留2位有效数字)。
(3)此光敏电阻随光照强度的减小而 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)小组设计了如图戊所示的电路控制路灯，图戊中R0为此实验的光敏电阻，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关。当光照强度小到某一值时，衔铁就会被吸下，交流电路接通，当光照强度达到某一值时，衔铁就会被弹簧拉起，交流电路就会断开，路灯熄灭，请在图戊中原有电路的基础上用笔画线连接电路实现这一功能。
1.0
增大
(2)根据R0的阻值，结合题图丁可知(1)中的光照度为1.0 lx。
(3)根据题图丁可知，此光敏电阻随光照强度的减小而增大。
(4)如图所示，连接cg、de、eh，将线圈与光敏电阻并联，然后与滑动变阻器以及电源串联，这样当光照强度减小时，光敏电阻的阻值增大，并联部分的分压变大，线圈中的电流增大，螺线管的磁性变强，将衔铁吸下，路灯接通；当光照强度增大时，光敏电阻的阻值变小，并联部分分压变小，线圈中的电流减小，螺线管的磁性变弱，衔铁弹起，路灯熄灭。
利用传感器制作简单的自动控制装置
第3节
第五章 传感器
门窗防盗报警装置
第一部分
左图所示是门窗防盗报警装置：该装置具有自动提示报警的功能，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。怎样才能实现上述功能呢？
创设情境
门的开关状态 电路的通断
干簧管
门的开关状态 正常/报警
1.门窗防盗报警装置
探究活动一
（1）实验目的：干簧管的工作原理
（2）实验器材: 干簧管、灯泡、电源、导线…
（3）实验电路图：
干簧管的工作原理是什么？
（4）实验现象？
（5）实验结论？
当磁铁靠近干簧管时灯泡亮，远离时灯泡灭
干簧管起到开关的作用
1.门窗防盗报警装置
探究活动二
（1）实验目的：继电器的工作原理
（2）实验器材: 继电器、灯泡、电源、发光二极管、导线…
（3）实验原理图：
继电器的工作原理是什么？
（4）实验现象？
（5）实验结论？
与常闭相连的灯泡常亮，与常开相连的灯泡不亮，只有弹片与动触电接触时才亮
继电器起到单刀双掷开关的作用
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（1）门窗防盗报警装置功能如何实现？
功能需求 需求特征 可实现的传感器或电路
门和门框有相对位置变化，转换为两种状态
干簧管
发声、发光
蜂鸣器、发光二极管
类似于单刀双掷开关，但要自动切换
电磁继电器
供电、连接.......
合适的电源、导线等
感知门窗开关
报警装置
能自动接通两种状态电路的开关
其他
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（2）设计与调试电路
用小灯泡代替蜂鸣器
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（3）组装电路
实验电路图
电路工作原理
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。
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（3）组装电路
实验电路图
实验器材
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R(330Ω)、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关等。
1.门窗防盗报警装置
探究活动三
（4）进行实验
实验电路图
实验操作
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。
①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。
光控开关
第二部分
如图为楼道安装的LED感应吸顶灯，其功能之一是具有光控感知功能，能实现“黑暗中环境下自动亮灯等功能，则此灯实现“白天不亮、晚上亮”的自动控制，需要什么传感器？
情境导入
光传感器
光控路灯可以根据关照的变化自动开启或关闭。我们利用光敏电阻可以实现让路灯在天色暗到一定程度是自动开启，而天明时自动熄灭。
2.光控开关
探究活动四
（1）晶体三极管
三极管电路符号及类型：
三极管的特性：
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;
在控制电路中具有完成断路和接通的开关作用。
晶体三极管：是半导体元件，具有电流的放大作用，在控制电路中常用作电子开关。
三极管组成：发射极e；基极b；集电极c
2.光控开关
探究活动五
（2）光控开关
电路图
电路工作原理
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，加在基极上的电压很小，三极管不导通，LED不亮；
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，加在基极上的电压变大，当达到一定程度后，三极管被导通，发光二极管LED开始发光。
2.光控开关
探究活动六
（3）光控开关控制电路
电路图
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，继电器所在的回路相当于断路；
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，集电极电流较大，驱动继电器吸合而点亮灯泡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。)
2.光控开关
探究活动六
（4）光控开关控制电路实验器材和步骤
实验器材
实验步骤
按照电路图连接电路，检查无误后，接通电源;
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;
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。
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;
让光照加强，当光照增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(2025·河北邯郸高二月考)某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表电阻“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值，示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值为Rt＝ kΩ。
解析：(1)由多用电表电阻挡的读数规则可知，此时热敏电阻的阻值为Rt＝19×100 Ω＝1.9 kΩ。
1.9
C．物体(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路，定值电阻R0＝2.0 kΩ，则在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于最 (选填“左”或“右”)端；在某次测量中，若毫安表A1的示数为2.25 mA，A2的示数为1.50 mA，两电表可视为理想电表，则热敏电阻的阻值为 kΩ。
解析：(2)滑动变阻器采用分压式接法，为保护电路安全，在开关闭合前应将滑动变阻器的滑片P置
于最左端，由于Rt和R0并联，故有I1R0＝I2Rt，代入数据解得Rt＝3.0 kΩ。
3.0
左
C．物体(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
报警系统的电路问题
1
例1
(3)经过多次测量，该同学得到热敏电阻的阻值随温度的变化关系图像如图丙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势E＝6.0 V，定值电阻R＝1.8 kΩ，长为l＝50 cm的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.4 mA时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃，油液外热敏电阻的温度为70 ℃，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
慢
10
(3)由题图丙可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而逐渐减小，从曲线的斜率可以看出，
图线斜率的绝对值越来越小，故该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越慢。
(4)设警戒液面到油箱底部的距离为x，温度为30 ℃时热敏电阻的阻值为Rt1＝1.5 kΩ，则在
油液内的热敏电阻的阻值为
同理，可得油液外的热敏电阻的阻值为 ，其中 Rt2＝0.5 kΩ
由闭合电路的欧姆定律有
将E＝6 V、I＝2.4 mA、R＝1.8 kΩ代入解得 x＝10 cm。
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
光控开关的应用
2
例2
(2025·河南开封高二月考)光敏电阻广泛应用于光控制电路中，物理探究小组设计了图甲所示的电路测量不同照度下的光敏电阻的阻值，照度单位为勒克斯(lx)。小组成员先将照射光敏电阻的光调至某一照度，将电阻箱阻值调到最大，先闭合电键S1，再将电键S2与1连接，调节电阻箱的阻值如图乙所示时，此时通过电流表A的电流为I，然后将电键S2与2连接，当调节电阻箱的阻值如图丙所示时，电流表的示数恰好也为I。
(1)图乙的读数R1＝ Ω，图丙的读数R2＝ Ω，此照度下光敏电阻阻值R0＝ Ω。
解析：(1)根据电阻箱各旋钮的示数，可知R1＝2320Ω，R2＝1120Ω
根据题意可知，电键与1连接和与2连接时电流表的示数都为I，根据闭合电路的欧姆定律可知
两种情况下电路中电阻大小相等，所以R0＝R1－R2＝2320Ω－1120Ω＝1200Ω。
2320
1120
1200
C．物体在支持面上的滑动速度越大，滑动摩擦力也一定越大
D．公式Ff＝μF压中的压力F压一定等于物体重力的大小
光控开关的应用
2
例2
(2)图丁是该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系图像，由图丁可知(1)中的光照度为
lx(保留2位有效数字)。
(3)此光敏电阻随光照强度的减小而 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)小组设计了如图戊所示的电路控制路灯，图戊中R0为此实验的光敏电阻，R1为滑动变阻器，电磁继电器的衔铁由软铁(容易磁化和消磁)制成，R2为电磁铁的线圈电阻，K为单刀双掷开关。当光照强度小到某一值时，衔铁就会被吸下，交流电路接通，当光照强度达到某一值时，衔铁就会被弹簧拉起，交流电路就会断开，路灯熄灭，请在图戊中原有电路的基础上用笔画线连接电路实现这一功能。
1.0
增大
(2)根据R0的阻值，结合题图丁可知(1)中的光照度为1.0 lx。
(3)根据题图丁可知，此光敏电阻随光照强度的减小而增大。
(4)如图所示，连接cg、de、eh，将线圈与光敏电阻并联，然后与滑动变阻器以及电源串联，这样当光照强度减小时，光敏电阻的阻值增大，并联部分的分压变大，线圈中的电流增大，螺线管的磁性变强，将衔铁吸下，路灯接通；当光照强度增大时，光敏电阻的阻值变小，并联部分分压变小，线圈中的电流减小，螺线管的磁性变弱，衔铁弹起，路灯熄灭。