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多媒体教学课件ppt

这是一份高中物理人教版 (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多媒体教学课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，门窗防盗报警装置，永磁体，干簧管，非电学量，光控开关，课堂·重难探究，核心素养应用，小练·随堂巩固等内容，欢迎下载使用。

1．自动提示报警的功能：在睡觉前连接好电路，______防盗报警装置．当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯________；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯________．
2．利用干簧管在磁场中的特性：如图是一个简单的门窗磁控防盗报警装置示意图．门的上沿嵌入一小块__________M，门框内与M 相对的位置嵌入________SA，并将干簧管接入报警电路．干簧管可将门与门框的相对位置这一__________转换为电路的通断．
干簧管的工作原理是什么？【答案】当永久磁铁靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开．
如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，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【答案】A　【解析】由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或分离，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故A正确．
1．光控路灯可以根据________的变化自动开启或关闭．我们可以利用________电阻来完成这一任务．2．在控制电路中，由于光敏电阻的工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，因此一般都需要配置一定的________电路实现控制．晶体三极管是半导体基本元件之一，具有________放大作用，在控制电路中常用作________开关．
3．三极管的一个重要特性：从____极输入一个较小的电流，就会在________极获得较大的电流．此外，三极管还具有完成断路和接通的________作用．
为了进一步有效防控火灾安全，我校在配电房安装一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)A．两个传感器都是温度传感器B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C．两个传感器可能分别是电容式传感器和温度传感器D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
【答案】B　【解析】题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需满足光照或温度升高一个条件即可，A、C、D错误，B正确．
1．门窗防盗报警装置电路的工作原理：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．2．门窗防盗报警装置实验操作：(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．
例1　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R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．(均填“A”或“B”)(3)图甲中线圈下端P的磁极是________(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．【答案】(1)70　减小　增大　(2)B　A(3)S　(4)环境温度大于等于80 ℃时，警铃报警．
【解析】(1)分析乙图可知，热敏电阻40 ℃对应的阻值为70 Ω.温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据欧姆定律可知，电路中电流增大，电磁铁的磁性增大．(2)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，所以警铃的接线柱C应与接线柱B连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连．(3)分析电流的流向，根据安培定则可得到线圈的下端P的极性是S极．
变式1　如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．
(1)连接电路图；(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)．【答案】(1)见解析图　(2)见解析
【解析】(1)电路图如图所示．
(2)按图接好电路，闭合开关S，水泵工作，水位升高，当浮子A上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁性，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降，使B与S1脱离，左侧电路停止工作，电磁铁F无磁性，弹簧D的弹力拉动衔铁E，使S2接通，电动机M工作．
1．光控开关电路工作原理：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.
2．实验操作：(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．
例2　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为按钮式开关，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1 min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________(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_____min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．【答案】发光的　1　熄灭的　＞
【解析】按钮开关K按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态．当按钮开关K按下再释放后，由于通电路瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后断开，电灯才熄灭，则知电灯L发光持续时间约1 min.只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏．
变式2　工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的．如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极K端会放出电子)、放大器、电磁继电器等组成．这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁位置立即变化，使机床停止工作，避免事故发生．光控继电器的原理是：当光照射光电管时，__________________________________.
【答案】阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁N吸住【解析】当光照射光电管时，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁N吸住，灯L不亮；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M，右侧电路接通，灯L亮．
传感器的简单使用例3　某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0)．
设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作．
(1)按电路图连接好实验器材．(2)将滑动变阻器滑片P滑到________(填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于________(填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表________，并在以后的操作中保持滑片位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路．
(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关．请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝____________________(用题目中给定的符号表示)．(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表．根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________(填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”)．
【解析】(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端．为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电流表满偏．(4)因为Rt＝a＋kt(且a＞0，k＞0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀．
1．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．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【答案】C　【解析】干簧管的簧片在磁力的作用下闭合或断开，从而在接入电路中相当于开关的作用．
2．下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是(　　) A．洗衣机不加水B．洗衣机加水不能自动停止C．洗衣机不排水D．洗衣机不洗衣【答案】C　【解析】洗衣机水位控制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水，所以A、B可能，而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作，所以D可能，故选C．
3．下列器件是应用力传感器的是(　　)A．鼠标器　　　　　　B．火灾报警器C．测温仪 　　D．电子秤【答案】D　【解析】鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．
4．(多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图．其中A为光源，B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻．每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次．下列说法正确的是(　　)
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压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【答案】BC　
5．(多选)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(　　)