5.3：利用传感器制作简单的自动控制装置 —2020-2021学年【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册课件（21张PPT）
文档属性
| 名称 | 5.3：利用传感器制作简单的自动控制装置 —2020-2021学年【新教材】人教版高中物理选择性必修第二册课件（21张PPT） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-26 05:48:47 | ||
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文档简介
利用传感器制作简单的自动控制装置
选择性必修二第五章第3节：
门窗防盗报警装置
例1：如图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图。安装时，将磁条固定在门上，主机安装在与其等高的门框边缘，门关上时，两者刚好靠近在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是( )
A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的
B．触发器可以由铜制成
C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电流的磁效应工作的
答案 A
认识：光敏电阻、热敏电阻和可调电阻
发光二极管(LED)、色环电阻和蜂鸣器
初步认识三极管
三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b 和集电极c，有NPN 型和PNP 型两种。三极管的一个重要特性是，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。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
光控开关
例2：如图所示是用三极管控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。
解析 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，基极电压较小，三极管断路，工作电路不通。天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，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、线圈A、三极管集电极和发射极到达电源负极的电路被导通，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。天明后，RG阻值减小，基极电压较小，三极管断路，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。
练习
1．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是( )
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
解析 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B错误，选项C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A错误，选项D正确。
答案 CD
2.如图所示：1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路。说明这种简单温度自动报警电路的工作原理。
解析：当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警。当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声。
3．车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理。图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧。
答案：当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值迅速变大，电路中的电流减小，使电磁铁磁性减弱从而放开衔接，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。
4.如图是一种防汛报警器的原理图，S是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子A，请你说明这种报警器的工作原理。
解析：由图可以看出，水面上升时，浮子A在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板。当水面上升达到警戒水位时，使触点开关S闭合，电磁铁电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报。
5.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
解析：门打开R3减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)减小，IR3＝I总－增加，电磁继电器磁性增强把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A、B、C均错误，D正确。
6.目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为控钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合。这时释放K后，延时开关S约在1min后断开，电灯熄灭。根据上述信息和原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是发光的(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1min 。这一过程中发光二极管是熄灭的。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R?RL的条件。
解析：开关K按下前，S为断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的。当按下开关K后，延时开关S闭合，二极管和K被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1min后断开，故电灯L能持续发光1min，由于R为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，故应满足R?RL。
选择性必修二第五章第3节：
门窗防盗报警装置
例1：如图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图。安装时，将磁条固定在门上，主机安装在与其等高的门框边缘，门关上时，两者刚好靠近在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是( )
A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的
B．触发器可以由铜制成
C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电流的磁效应工作的
答案 A
认识：光敏电阻、热敏电阻和可调电阻
发光二极管(LED)、色环电阻和蜂鸣器
初步认识三极管
三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b 和集电极c，有NPN 型和PNP 型两种。三极管的一个重要特性是，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。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
光控开关
例2：如图所示是用三极管控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。
解析 天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，基极电压较小，三极管断路，工作电路不通。天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，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、线圈A、三极管集电极和发射极到达电源负极的电路被导通，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。天明后，RG阻值减小，基极电压较小，三极管断路，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。
练习
1．(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示)，它的结构很简单，只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是( )
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
解析 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故选项B错误，选项C正确；当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此干簧管在电路中相当于开关的作用，选项A错误，选项D正确。
答案 CD
2.如图所示：1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路。说明这种简单温度自动报警电路的工作原理。
解析：当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警。当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声。
3．车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理。图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧。
答案：当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值迅速变大，电路中的电流减小，使电磁铁磁性减弱从而放开衔接，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。
4.如图是一种防汛报警器的原理图，S是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子A，请你说明这种报警器的工作原理。
解析：由图可以看出，水面上升时，浮子A在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板。当水面上升达到警戒水位时，使触点开关S闭合，电磁铁电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报。
5.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
解析：门打开R3减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)减小，IR3＝I总－增加，电磁继电器磁性增强把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A、B、C均错误，D正确。
6.目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为控钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合。这时释放K后，延时开关S约在1min后断开，电灯熄灭。根据上述信息和原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是发光的(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1min 。这一过程中发光二极管是熄灭的。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R?RL的条件。
解析：开关K按下前，S为断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的。当按下开关K后，延时开关S闭合，二极管和K被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1min后断开，故电灯L能持续发光1min，由于R为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，故应满足R?RL。