高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器3 利用传感器制作简单的自动控制装置学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器3 利用传感器制作简单的自动控制装置学案，共6页。学案主要包含了一些元器件的原理和使用要点，光控开关的实验过程等内容，欢迎下载使用。

学习目标
1、通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路的感性认识。
2、识别各种晶体管、继电器。
3、了解光控开关电路及控制原理。
4、了解门窗防盗报警装置及控制原理。
重点难点
1、加深对传感器原理的理解。（重点）
2、实验电路的设计和实验操作。（重点）
3、实验电路的设计和实验操作。（难点）
自主探究
一、一些元器件的原理和使用要点
1、发光二极管的检测
（1）按照如图所示连接电路使发光二极管工作。电源为3V的电池组，串联的限流电阻R可取220Ω或270Ω。闭合开关，二极管就会发光，这时通过它的电流约为几毫安。如果将电源改为1.5 V，二极管就不发光了，因为这类发光二极管正向导通电压大于1.8 V。
（2）也可以用多用电表的欧姆挡来检测发光二极管。判断正反向电阻，会不会发光。如果表内该挡所用电池为1.5 V，则需外接一节干电池。
（3）检测方法
用欧姆表红黑表笔分别接二极管的两极，若二极管发光，则黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。
2、半导体三极管
三极管是一种控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大，也用作无触点开关。
晶体三极管是半导体基本元器件之一，也是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来获得集电极电流较大的变化量。
3、电磁继电器
如图所示为电磁继电器，D为动触点，E为静触点。当控制电路使线圈A中通电时，电磁铁产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下运动与静触点E接触，将工作电路接通。当线圈A中没有电流或电流较小时，衔铁B在弹簧拉力作用下被拉起，带动动触点D与静触点E分离，自动切断工作电路。
【典例一】1、如图所示为某会议厅安装的火灾报警系统的原理图，装置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住，罩内的发光二极管和光电三极管用一不透明的挡板隔开，没有险情时光电三极管不能收到发光二极管所发出的光，此时光电三极管的电阻较高。则下列说法正确的是( )
A.当会议厅发生火灾时，罩内的烟雾对光有散射作用，散射的光照射到光电三极管上使其电阻变小而报警
B.当会议厅发生火灾时，进入罩内的烟雾挡住了光线，使得光电三极管的电阻变大而报警
C.当会议厅发生火灾时，光电三极管的温度升高，使得光电三极管的电阻变小而报警
D.当会议厅发生火灾时，由于环境气体的浓度变大而报警
解题思路：没有险情时，光电三极管接收不到发光二极管发出的光，呈现高电阻状态。当有烟雾散射的光照射到光电三极管上时，其电阻变小，所连接的电路接通，就会发出警报，A正确。
答案：A
二、光控开关的实验过程
1、实验步骤
（1）按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。
（2）检查各元件的连接，确保无误。
（3）接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在自然光照条件下不亮。
（4）用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。
（5）逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。
2、注意事项
（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）二极管连入电路时，极性不能反接，否则电路不能正常工作。
（3）要想天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些。
【典例二】2、如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，为光敏电阻(光照增强电阻变小)，为定值电阻，接监控装置.则( )
①当有人通过通道而遮蔽光线时，之间电压升高
②当有人通过通道而遮蔽光线时，之间电压降低
③当仅增大的阻值时，可增大之间的电压
④当仅减小的阻值时，可增大之间的电压
A.①③B.①④C.②③D.②④
解题思路：由电路图可知，两电阻串联，监控装置与并联.当有人通过通道而遮蔽光线时，阻值变大，电路中的总电阻变大；根据闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流变小，根据可知，阻值不变时，其两端的电压变小，即之间电压降低，故②正确，①错误；当仅增大的阻值时，根据串联分压规律可知，两端的电压变大，即之间电压升高，故③正确，④错误.故C正确。
答案： C
随堂训练
1、如图所示为某水库用来检测水库深度的电路图，其中R为可调电阻，R'为一定值电阻，可调电阻的滑动触头与一刚性轻杆连接， 轻杆另一端与浮于液面的浮标相连接.当水库的液面发生变化时，灵敏电流计的指针发生改变，则下列说法正确的是( )
A.水库的液面降低时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变小
B.水库的液面降低时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变大
C.水库的液面升高时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变小
D.水库的液面升高时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变大
答案：D
2、如图所示是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电).则下列说法正确的是( )
A.温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮
B.温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭
C.温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警
D.温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不报警
答案：D
3、动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲.开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”叙述正确的是( )
A.为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极
B.按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快
C.图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压
D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制
答案：B
4、如图甲所示的装置为某工厂生产线的光电计数器，其计时原理为， 激光发射器M发出的激光可以被接收器N接收。已知成品件在运输带上随运输带匀速传动，当成品件遮挡住激光发射器发出的激光时，接收器不能接收到光信号，传感器输出一个电压信号，通过电脑显示器描绘的电压随时间的变化规律图象如图乙所示，假设两相邻成品件之间的间距均为x0=0.5m，则( )
A.运输带运行的速度大小为0.5m/s
B.运输带运行的速度大小为1m/s
C.该装置一分钟传送的成品件个数为60
D.该装置一分钟传送的成品件个数为120
答案：AC