2019_2020学年高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置第5节用传感器测磁感应强度学案粤教版选修3_2word版含答案

第四节 用传感器制作自控装 置第五节 用传感器测磁感应强度
[学习目标]　1.了解晶闸管的工作特点，利用传感器制作简单的自动控制装置.2.通过利用传感器制作自动控制装置的过程，培养动手能力和解决问题的能力.3.知道利用传感器测量磁感应强度的原理.4.体验探索自然规律的艰辛和成功的喜悦，培养团队精神．


一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路
1．实验目的
了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．
2．实验器材
二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线．

3．实验原理
由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图所示．
(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管VS的门电极处于低电平，VS关断．
(2)当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获得正向触发电压而导通，灯L亮．
(3)改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．
4．二极管VD、晶闸管VS的特性
(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．
(2)晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．
5．实验步骤
(1)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．
(2)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
(3)将多用电表旋钮拨至R“×1 k”挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．
(4)按照电路图，将各元件焊接、安装好．
(5)检查各元件的连接，确保无误．
(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．
6．注意事项
(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
(2)焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不易过长．
(3)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．
二、用磁传感器测磁感应强度
1．磁传感器是把磁感应强度变成电信号，从而实现磁感应强度测量的．
2．用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生磁场，其方向符合安培定则．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)光敏电阻随光照强度增加电阻变大．(×)
(2)二极管加正向电压时阻值很小．(√)
(3)随着科技的发展，传感器会应用在各行各业和生活的方方面面，可以完全取代人的应用．(×)
(4)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮熄灭的起控点．(×)
(5)磁传感器是把磁感应强度转变成电信号．(√)
2．利用半导体不可以制成的是(　　)
A．标准电阻　　　　 B．热敏电阻
C．光敏电阻 D．晶体管
A　[标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制造的，故只选A.]
3．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱，如图所示．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是 (　　)
A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联
A　[A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压、线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确选项为A.]

,
自动控制电路的实例分析1.光控开关
(1)电路如图所示．

(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．
(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．
2．温度报警器
(1)电路如图所示．

(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．
【例1】　如图所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED________发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．
[解析]　白天，光照强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平(电平指某个端点与“地”之间的电压)，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．
[答案]　小　低　不导通　导通

(1)图中“”叫斯密特触发器，是一种具有特殊功能的“非”门．
(2)与物理学中的电路图不同，在涉及门电路的电路图时，表示的是电路中的逻辑关系，通常不把电流的通路完整地画出来．

1.如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则(　　)
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．无论A为高电平或低电平，LED均不发光
D．无论A为高电平或低电平，LED均发光
B　[A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B正确．]

自动控制电路的设计

设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：
1．根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路：控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成．这两个电路相互独立，又通过继电器相关联，继电器实际上是工作电路的开关．
2．分析自控电路的合理性：电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或给热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求．比如，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，使路灯点亮发光．
【例2】　光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中有可用于路灯自动控制的开关．如图所示为实验所用器材，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为电流放大器，D为路灯，请连成电路，达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果，并说明此电路的工作原理．

思路点拨：这类自动控制装置的基本流程：外界因素→敏感元件→电流信号→放大电路→电磁继电器→受控电路．
[解析]　电路如图所示．

工作原理：白天，光照强，光敏电阻A阻值小，控制电路中电流大，电磁铁磁力强，将衔铁吸合，两触点分离，路灯电路不通，灯不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏电阻A阻值大，控制电路中电流小，电磁铁磁力弱，衔铁向上移使两触点接触，路灯电路接通，灯亮．
[答案]　见解析

2．如图所示为自动水位报警器的示意图，在水位低于B时，电磁铁所在的控制电路部分断路，________灯亮；当水位升高到B时，电磁铁所在的控制电路部分接通，________灯亮．

[解析]　控制电路断开时，继电器弹片在弹簧作用下弹起，接通绿灯所在回路，绿灯亮，控制电路接通时，继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下，接通红灯所在回路，红灯亮．
[答案]　绿　红

课 堂 小 结 知 识 脉 络
1.晶体二极管具有单向导电性，当给二极管加正向电压时，它的阻值很小，当给二极管加反向电压时，它的阻值很大．2．当晶闸管接反向电压时，一定处于关断状态，当晶闸管接正向电压时，仅在门极承受正向电压时晶闸管才处于导通状态．3．磁传感器可以将磁感应强度转变为电信号，从而实现磁感应强度的测量.


1.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是(　　)
A．应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
D　[多用电表只有选择欧姆挡才能直接读出热敏电阻的阻值，当向杯内加入热水，多用电表的指针偏转角度较大，说明此时热敏电阻的阻值较小，故换用倍率小的挡，D项正确．]

2．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板。对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中(　　)
A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
D　[由C＝可知PQ间距离d增大时电容C减小，A项错误．电容减小将放电，电荷量减小，故B项错误．放电时电流从M点经R到N点，说明M点电势高于N点电势，所以C项错误，D项正确．]
3．在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是(　　)
A．二极管两极接反　 B．R1与RG位置颠倒
C．R1阻值太小 D．灯泡被断路
C　[由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，A项可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，B项可能；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，C项不可能；灯泡断路时无法发光，D可能．]
4．现有热敏电阻、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，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．

[解析]　热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．
[答案]　电路图如图所示．工作过程：闭合开关S，当温度低于设计值时，热敏电阻的阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通使电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某一值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值时，又重复上述过程．







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