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精品ppt课件

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5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
人教版高中物理选修二
目录
生活中的传感器
光感传感器
水质PH传感器
紫外线传感器
仿生传感器
磁光效应传感器
新知导入
盒子里面有什么装置？
原理： 当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用！
实验1、门窗防盗报警装置
新知探究
实验1、门窗防盗报警装置
新知探究
1.目标效果：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
实验1、门窗防盗报警装置
新知探究
2.实验器材和装置
（1）实验电路图
（2）实验器材
实验1、门窗防盗报警装置
表1 基本元件及参数
新知探究
3.电路工作原理
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。
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
实验1、门窗防盗报警装置
新知探究
4.实验操作
（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，按照图所示连接电路。（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。
实验1、门窗防盗报警装置
新知探究
【例题1】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
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。
A
解析：
新知应用
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭?
新知探究
1.实验目的
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。
2.实验器材
三极管:
作为放大电流，以及控制电路通断的作用
RG：光敏电阻
二极管：模仿路灯
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
新知探究
表2 基本元件及参数
新知探究
3.实验原理
当环境的光比较强时,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。
实验原理图
当环境的光比较弱时,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。
强光→RG很小→三极管不导通→小灯泡不亮。
弱光→RG很大→三极管有大电流→小灯泡亮。
新知探究
4.实验操作及实验现象
（1）按照图所示连接电路，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。
新知探究
思考与讨论
1、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？ 应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值（如1.6V），就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。2、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？ 由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路．
新知探究
电磁继电器的工作原理
当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路．
新知探究
【例题2】光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄，日落灯亮的效果．
当天亮时，光敏电阻减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，触点断开，路灯熄灭
夜晚降临，光敏电阻增大．控制回路电流减小，触点接通，路灯点亮．
新知应用
控制电路的工作原理
天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端 Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．
新知探究
（1）按照图所示连接电路，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。
实验操作
新知探究
新知探究
【例题3】如图为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．
有烟雾时
无烟雾时
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实验3、温度传感器的应用1 电熨斗
新知探究
原理:热胀冷缩 常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。
1.双金属片温度传感器
新知探究
原因：双金属片
铜的膨胀系数大于铁
新知探究
1.双金属片温度传感器
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2.双金属片温度传感器在电熨斗中的应用
新知探究
思考与讨论：①常温下，上、下触点应是接触的还是分离的？当温度过高时，双金属片将怎样起作用？
答：常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热．温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
新知探究
思考与讨论：②熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何使用调温旋钮来实现的？
答：熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性钢片升降，从而改变触点接触的难易，达到控制在不同温度的目的．
新知探究
【例题4】如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是(　　)A．常温时上下触点是接触的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下移一些D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些
新知应用
回顾在家煮饭的过程？
新知探究
1 温度传感器的主要元件是什么？
感温铁氧体
2 感温铁氧体的组成物质是什么？
氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成
3 感温铁氧体有何特点？什么是“居里点”？
常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到103℃，失去铁磁性．
居里点，又称居里温度，即指103℃。
实验3、温度传感器的应用2 电饭锅
思考与讨论:
新知探究
电饭锅的构造
新知探究
新知探究
1 开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态。
2 水沸腾后，锅内大致保持100℃不变。
3 饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
思考与讨论:
4 如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭锅不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电。
新知探究
1.连贯地叙述电饭锅的工作过程 ?
开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
新知探究
新知探究
【例题5】如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是(　　)A．常温下感温磁体具有较强的磁性B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
新知应用
课堂小结
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
A
新知巩固
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
D
新知巩固
温度低于警戒温度时，水银柱下降，控制电路处于开路状态，电磁铁线圈中没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，指示灯亮，电铃不报警，故B错误，D正确；温度高于警戒温度时，水银柱上升，控制电路处于接通状态，电磁铁线圈中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过触点3与工作电路接通，电铃报警，此时指示灯所在的电路中没有电流，指示灯不亮，故A、C错误。
解析：
新知巩固
3、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
A
新知巩固
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。当有烟雾时，光发生散射，有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。
解析：
新知巩固
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是(   )A．温度传感器和光电传感器B．光电传感器和声音传感器C．声音传感器和热电传感器D．温度传感器和热电传感器
B
新知巩固
2．下列有关传感器的说法中正确的是（　　）A．火灾报警器利用了温度传感器B．日光灯启动器是利用了光传感器C．电子秤称量物体重力利用了力传感器D．霍尔元件是能够把电压转换为磁感应强度的一种磁传感器
C
新知巩固
3．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）①温度传感器　②光传感器　③声音传感器　④力传感器A．①② B．②③ C．③④ D．②④
B
新知巩固
4．下图中关于传感器的应用，说法正确的是（　　）A．干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的B．机器人“眼睛”利用了光传感器C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度D．火灾报警器是通过感知温度触发报警的
B
新知巩固
5．数码相机的普及使传统胶片相机逐渐被淘汰。数码相机的主要部件是电荷耦合器（CCD），能将光学量转化为电学量。该部件可视为（　　）A．力传感器 B．温度传感器 C．光传感器 D．霍尔元件
C
新知巩固
6．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是（    ）A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开关，这是光传感器的应用B．非触摸式自动水龙头（自动感应水龙头）应用的传感器是压力传感器C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器D．调温型电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
ACD
新知巩固
7．智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害，因此手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某兴趣小组为了模拟该功能，设计了如图所示的电路。已知光敏电阻在光照增强时，电阻会减小。闭合开关，下列正确的是（　　）A．仅光照变强，小灯泡变暗 B．仅光照变弱，小灯泡变暗C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮 D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
BC
新知巩固
8．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如右下图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（　　）A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
AD
新知巩固
9．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，RG为光敏电阻，R1为可变电阻；J为继电器的线圈，Ja为它的常开触点，下列说法正确的是（　 　）A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引Ja，路灯点亮B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把R1的阻值调大些C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把R1的阻值调小些D．二极管的作用是继电器释放Ja时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路
ABD
新知巩固
太阳能热水器中的有哪些传感器，如何实现的自动上水功能？
新知巩固
课程结束
人教版高中物理选修二