高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 利用传感器制作简单的自动控制装置教课内容课件ppt

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1.了解门窗防盗报警器的原理。(物理观念)2.了解光控开关的原理。(物理观念)3.培养实验动手能力,体会物理知识在实际中的应用。(科学探究)4.体验从原理到应用的过程,培养科学严谨的学习态度和勇于探索的创新精神。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
一、门窗防盗报警装置1.实验目的了解门窗报警装置的原理。2.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。实验原理图如图所示。
3.实验器材电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。4.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,连接电路。(3)接通电源后,将磁体先后靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。
二、光控开关1.实验目的了解光控开关的原理。2.实验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,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。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。实验原理图如图所示。
3.实验器材可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源。4.实验步骤(1)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。
易错辨析(1)随着光照的增强,光敏电阻的电阻值逐渐减小。(　　)(2)热敏电阻可以把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(　　)(3)金属热电阻是由金属制成的。(　　)
探究点　电磁继电器与自动控制
【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,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。
解析 电路图如图所示。
工作过程:闭合S,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它工作,K接通电炉丝加热,当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,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,又重复前述过程。
方法技巧　设计自动控制电路的一般思路(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,又通过电磁继电器相关联,电磁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对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如,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,使路灯发光。
1.(电磁继电器)如图所示,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。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
解析 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。
2.(自动控制)(多选)如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是(　　)
A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中
3.(自动控制)(多选)某仪器内部的电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时,两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是(　　)A.当汽车加速前进时,甲灯亮B.当汽车加速前进时,乙灯亮C.当汽车刹车时,甲灯亮D.当汽车刹车时,乙灯亮
解析 当汽车加速前进时,金属块M向后偏离原位置,乙灯所在电路被接通,所以乙灯亮,选项A错误,选项B正确;当汽车刹车时,金属块M向前偏离原位置,甲灯所在电路被接通,所以甲灯亮,选项C正确,选项D错误。
4.(光控电路的分析)为设计一个白天自动关灯,黑夜自动开灯的自动控制装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、电磁继电器、电池、交流电源、开关、导线和灯泡等。(1)用导线连接各仪器。
(2)简述其工作原理。
答案 (1)电路连接如图所示。
(2)当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路中电流增大,电磁继电器B工作,吸住衔铁使触点断开,灯泡熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路中电流减小,弹簧将衔铁拉起,使触点接通,灯泡点亮。
5.(报警系统的电路分析)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RT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。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将　　　　,继电器的磁性将　　　　。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”) (2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　　相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　相连。(均选填“A”或“B”) (3)图甲中线圈下端P的磁极是　　　(选填“N”或“S”)极。 (4)请计算说明,环境温度在什么范围内时,警铃报警。
环境温度大于等于80 ℃时,警铃报警。