新教材高考物理一轮复习第12章交变电流传感器实验17利用传感器制作简单的自动控制装置课件

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一、实验目的1.知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能。2.会利用传感器制作简单的自动控制装置。了解门窗防盗报警装置,会组装门窗防盗报警装置。了解光控开关电路及控制原理,会组装光控开关。二、实验器材实验一:干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、小磁体、导线若干、开关、电阻。实验二:发光二极管、三极管、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。
三、实验思路　　　　(一)门窗防盗报警装置1.电路如图所示。
2.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。
有电流通过时,线圈有磁性
(二)光控开关1.电路如图所示。
2.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,发光二极管所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作。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。
四、进行实验(一)门窗防盗报警装置(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,按照电路图连接电路。(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。
(二)光控开关(1)按照相应电路图连接电路,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熄灭。
典例1.(2023河北新高考测评)热敏电阻有很多的应用领域,如家电、开关电源、新能源汽车等。某实验小组的同学为了研究某保温式自动电饭锅中用于监测温度的热敏电阻RT的特性设计了以下实验。(1)首先利用多用电表粗略测量与电饭锅中型号相同的热敏电阻常温状态下的阻值,多用电表的旋钮置于“×100”的挡位时示数如图甲所示,则该热敏电阻的阻值为　　　　Ω。 
(2)该实验小组的同学为了进一步探究热敏电阻的特性,设计了图乙所示的电路,电路中的电压表均可看成理想电压表,定值电阻的阻值为2 kΩ。①开关闭合前,滑动变阻器的滑片应置于最　　　　(选填“左”或“右”)端。②某次实验时,电压表V1、V2的示数分别为3.0 V、4.5 V,则热敏电阻的阻值应为　　　　 kΩ。 
(3)通过多次实验,得出热敏电阻的阻值随温度变化的规律图像如图丙所示,当热敏电阻的阻值为RT=2 kΩ时,热敏电阻所处环境的温度约为　 　℃。
(4)该种保温式自动电饭锅,采用感温磁控元件(可视为用热敏电阻控制的电磁铁开关,通过的电流大于某一值时开关断开)控制电路闭合与断开,从而控制加热电路,锅内米饭温度低于60 ℃后,加热电路开始工作,则下列电路图可能是该电饭锅中加热电路的是　　　　。 
答案 (1)3.2×103　(2)①左　②3　(3)38　(4)AB解析 (1)由多用电表的读数规则可知,该热敏电阻的阻值为32×100 Ω=3.2×103 Ω。(2)①为了保护实验器材,开关闭合后应使两电压表的读数均为零,所以滑动变阻器的滑片应置于最左端。
代入数据解得RT=3 000 Ω。(3)由题图丙可知,热敏电阻的阻值为RT=2 kΩ时,热敏电阻所处环境的温度约为38 ℃。(4)当电饭锅内温度降低时,热敏电阻的阻值增大,根据串并联电路的规律可知A、B满足要求。故选A、B。
典例2.为了节能环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值R随光的照度I而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx)。(1)某光敏电阻在不同照度下的阻值R如下表所示,根据表中的数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并判断光敏电阻的阻值R与照度I是否成反比关系。答:　　　　(选填“是”或“否”)。 
(2)图乙为街道路灯自动控制电路,利用直流电源E为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在　　　　(选填“AB”或“CD”)之间。 (3)已知线圈的电阻为140 Ω,直流电源E的电动势E=36 V,内阻忽略不计。当线圈中的电流大于10 mA时,继电器的衔铁将被吸合,滑动变阻器R'的阻值应调为　　　　Ω时,才能使照度低于1.0 lx时点亮路灯。 (4)使用一段时间后发现,路灯在天色更亮时就已点亮了,为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭,变阻器R'的阻值应适当调　　　　(选填“大”或“小”)些。 
答案 (1)见解析　否　(2)AB　(3)1 460　(4)小解析 (1)如图所示若光敏电阻的阻值R与照度I成反比关系,则有RI为定值,由图像中的点的数据可得5.8×0.2