第三章第四节 用传感器制作自控装置(粤教版选修3-2)
高中物理第三章传感器第四节用传感器制作自控装置课件粤教版选修32
2．(多选)昏暗楼道内的电灯会因为“听到”你的脚 步声而自动发光．这个过程中，传感器( )
A．将光转变成控制开关的电学量 B．将声转变成控制开关的电学量 C．将控制开关的电学量转变成声 D．将控制开关的电学量转变成光
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解析：楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮， 和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声 音有关，是声传感器．昏暗楼道内的电灯会因为“听到” 你的脚步声而自动发光．这个过程中，传感器将光和声转 变成控制开关的电学量．所以选项 A、B 正确，C、D 错误．
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第三十八页，共55页。
【典例 2】 压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减
小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的 装置，其工作原理如图(a)所示，将压敏电阻和一块挡板 固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车向右 做直线运动过程中，电流表示数如图(b)所示．下列判断 正确的是( )
第六页，共55页。
3．工业生产中的传感器． (1)在工厂里，自动化的生产流程随处可见．机器人、 自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统中， 用到了各种传感器． (2)传感器还广泛应用于生产的安全设施，用它监控 关键部位，随时发现安全隐患． (3)自动控制系统中的检测环节，用传感器对被控对 象进行精确检测．
(3)光敏传感器的应用：照相机． (4)压力传感器的应用：电子秤．
第五页，共55页。
2．农业生产中的传感器． 传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌 等过程的自动控制，例如： (1)无人管理的自动灌溉系统，用到了湿度传感器． (2)自动化温室种植用到了温度传感器． (3)现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．
难点 会设计简单的有关传 感器应用的自动控制 电路，提高分析解决 问题的能力.
《用传感器制作自控装置》课件2
课 堂 互 动 探 究 当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
菜
单
YJ ·物理
选修3-2
教 学 教 法 分 析 教 学 方 案 设 计 课 前 自 主 导 学
课 堂 互 动 探 究 当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
菜
பைடு நூலகம்
单
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选修3-2
教 学 教 法 分 析 教 学 方 案 设 计 课 前 自 主 导 学
课 堂 互 动 探 究 当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
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选修3-2
教 学 教 法 分 析 教 学 方 案 设 计 课 前 自 主 导 学
应用光敏电阻制作光控自动照明 灯电路
基本知识 (1)实验目的 了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作 自动控制装置． (2)实验器材
课 堂 互 动 探 究 当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
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教 学 教 法 分 析 教 学 方 案 设 计 课 前 自 主 导 学
(5)实验步骤 ①将多用电表旋钮拨至 R×1 k 挡，调零后，测量电阻 R 的阻值，检查 R 是否符合要求． ②将多用电表旋钮拨至 R×1 k 挡，调零后，用两表笔分 别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果 一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
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教 学 教 法 分 析 教 学 方 案 设 计 课 前 自 主 导 学
●课标解读 1．了解晶闸管、二极管的特点，利用传感器制作简单的 自动控制装置． 2．通过利用传感器制作简单的自动控制装置，培养动手 能力和解决问题的能力． 3．鼓励学生在课堂上利用磁传感器测量、研究磁场，加 深对磁场的认识． 4．体验探索自然规律的艰辛和成功的喜悦，体会在探究 活动中与他人合作的团队精神的重要性．
「精品」高中物理第三章传感器第4节用传感器制作自控装置第5节用传感器测磁感应强度学案粤教版选修3_2
第四节 用传感器制作自控装置*第五节 用传感器测磁感应强度[先填空]1．实验目的了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．2．实验器材二极管V D 、晶闸管V s 、光敏电阻R G 、定值电阻R (7.5 M Ω)、灯泡L 、多用电表、导线．3．实验原理由晶闸管V s 与电灯L 构成主回路，控制回路由R 与R G 组成的分压器及二极管V D 构成，如图341所示．图341(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R 分压后使晶闸管V s 的门电极处于低电平，V s 关断．(2)当夜幕降临时，照在R G 上的自然光线减弱，R G 呈高阻，使V s 的门电极处于高电平，V s 获得正向触发电压而导通，灯L亮．(3)改变R的阻值，即改变其与R G的分压比，可调整电路的起控点．4．二极管V D、晶闸管V s的特性(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．(2)晶闸管V s：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．5．实验步骤(1)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．(2)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．(3)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．(4)按照电路图，将各元件焊接，安装好．(5)检查各元件的连接，确保无误．(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．6．注意事项(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．(2)焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不易过长．(3)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．[再判断]1．光敏电阻随光照强度增加电阻变大．(×)2．二极管加正向电压时阻值很小．(√)[后思考]如何检测二极管性能是否良好？【提示】多用电表欧姆挡×1 K挡，用两表笔分别按二极管两极，然后两表笔对调，测量结果一次较小，一次很大，则证明二极管性能良好．[合作探讨]如图342所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光而呈现高电阻状态．探讨：请分析发生火灾时发出警报的原理？图342【提示】由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报．[核心点击]1．普通二极管和发光二极管(1)都具有单向导电性．(2)发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光．普通的发光二极管是用磷化镓或氮化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8 V.2．晶体三极管(1)晶体三极管能够把微弱的信号放大．晶体三极管的三极分别是放大极e、基极b和集电极c.(2)传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍．三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起到了控制作用．3．逻辑电路(1)对于与门电路，只要一个输入端输入为“0”，则输出端一定是“0”；反之，只有当所有输入端都同时为“1”，输出端才是“1”．(2)对于或门电路，只要有一个输入端输入为“1”，则输出端一定是“1”；反之，只有当所有输入端都为“0”时，输出端才是“0”．(3)非门电路中，当输入端为“0”时，输出总是“1”；当输入端为“1”时，输出端反而是“0”．非门电路也称反相器．(4)斯密特触发器是具有特殊功能的非门电路．1．现有热敏电阻(负温度系数)、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图343所示，试设计一个温度电路．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. 【导学号：97192126】图343【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，通过电磁继电器电流不能使其工作，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．【答案】见解析2．如图344是一个简单的磁控防盗报警装置．门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路．睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来．请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作．图344【解析】当门闭着时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警．【答案】见解析[先填空]1．磁传感器是把磁感应强度变成电信号，从而实现磁感应强度测量的．2．用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生磁场，其方向符合安培定则．[再判断]1．通电螺线管产生的磁场，其方向用右手定则判定．(×)2．磁传感器是把磁感应强度转变成电信号．(√)[后思考]干簧管元件的结构很简单，只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，其示意图如图345所示．图345它的工作原理是什么？【提示】当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”，干簧管是一种能够感知磁场的传感器．3．如图346所示为自动水位报警器的示意图，在水位低于B时，电磁铁所在的控制电路部分断路，________灯亮；当水位升高到B时，电磁铁所在的控制电路部分接通，________灯亮．图346【解析】控制电路断开时，继电器弹片在弹簧作用下弹起，接通绿灯所在回路，绿灯亮，控制电路接通时，继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下，接通红灯所在回路，红灯亮．【答案】绿红4．如图347所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下，请你算出通电螺线管中的磁感应强度B.图347已知：CD段导线长度4×10－2 m，天平平衡时钩码重力4×10－5 N，通过导线的电流0.5 A. 【导学号：97192127】【解析】由题意知I＝0.5 A，G＝4×10－5N，L＝4×10－2 m.电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G.由磁感应强度的定义式B＝FIL，得B＝FIL＝4.0×10－50.5×4.0×10－2T＝2.0×10－3 T.所以，通电螺线管中的磁感应强度为2.0×10－3 T. 【答案】 2.0×10－3 T。
粤教版高中物理选修3-2课件 用传感器制作自控装置课件2
主 灯 L 亮．
时
导 学
③改变 R 的阻值，即改变其与 RG 的分压比，可调整电
作 业
路的起控点．
菜单
YJ ·物理 选修3-2
教 学 教 法 分 析
课
堂
(4)二极管 VD、晶闸管 Vs 的特性
互 动
探
①二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时， 究
教
学 方
它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．
教
学 方
极分别是放大极 e、基极 b 和集电极 c.
当 堂
案
双
设 计
(2)传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以
基 达
标
课 前
放大几十倍以至上百倍．三极管的放大作用表现为基极 b 的
自
课
主 电流对集电极 c 的电流起到了控制作用．
时
导
作
学
业
菜单
3．逻辑电路
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教 学 教 法 分 析
当 堂
案
双
设 计
光．普通的发光二极管是用磷化镓或氮化镓等半导体材料制
基 达
标
课 成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电
前
自
课
主 压大于 1.8 V.
时
导
作
学
业
菜单
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教 学 教 法 分 析
课
堂
2．晶体三极管
互 动
探
(1)晶体三极管能够把微弱的信号放大．晶体三极管的三 究
标
课 前
应强度的原理.
，体会物理知识在实际
自 主
物理3-2粤教版3.3传感器的应用、3.4用传感器制作自控装置
物理3-2粤教版3.3传感器的应用、3.4用传感器制作自控装置1、随着家用电器的普及，传感器进入了千家万户、温度传感器应用在电饭煲、________、________、________、消毒碗柜等与温度操纵相关的家电中；红外线传感器应用在________、______________、生命探测仪、________________________以及防盗、防火报警器等；光敏传感器应用在__________中，压力传感器应用在__________中等、2、传感器广泛应用于耕种、栽培、收割、运输、排灌等过程的自动操纵，例如：无人治理的自动灌溉系统，用到了________传感器；自动化温室种植用到了________传感器；现代粮库利用________传感器和________传感器，可对粮库上百个点进行温度和湿度监测、3、在工业生产中，由于传感器的大量使用，从而实现了生产的________或半________，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品的质量，降低了产品的成本，如工厂中的机器人、____________、____________、各种自动生产线或者系统，用到了各种传感器；生产的安全设施中，用传感器监控关键部位，随时发明____________；自动操纵系统中的检测环节也是用传感器对被控对象进行____________、4、在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多、例如：飞机能利用传感器给出所在高度与____________的差值、运载火箭，载人飞船中，应用了大量的传感器供遥测和____________系统使用，载人飞船中还使用了一类测量航天员各种生理状况的____________传感器、5、以下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【概念规律练】知识点一温度传感器在电饭煲中的应用1、(双选)关于电饭锅的说法正确的选项是()A、电饭锅中温度传感器的要紧元件是氧化铁B、铁氧体在常温下具有铁磁性，温度特别高时失去铁磁性C、用电饭锅烧水，水开时能自动断电D、用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位2、如图1所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计、图1(1)分析电饭煲的工作原理、(2)简要回答，假如不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比、知识点二双金属片——热敏功能器3、日光灯的启动器(结构如图2所示)也可看成是一个热敏传感装置，它的热敏功能器是双金属片，你能说出启动器的工作原理吗？图24、电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会接着加热，使它总与设定的温度相差不多、在熨烫不同的织物时，设定的温度能够不同，进行如此的操纵，靠的是温度传感器、电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是操纵电路的通断，如图3所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：图3(1)常温下，上、下触点应当是接触的依旧分离的？当温度过高时双金属片将起怎么样的作用？(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？【方法技巧练】设计传感器电路的技巧5、自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警、所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关、6、光敏电阻随入射光的增强，其电阻值减小，请利用图4所示器材设计一个路灯自动操纵电路、图4参考答案课前预习练1、电冰箱微波炉空调机自动门家电遥控器非接触红外测温仪照相机电子秤2、湿度温度温度湿度3、自动化自动化自动化小车自动机床安全隐患精确检测4、给定高度遥控生理5、D[鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于红外线传感器；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、]课堂探究练1、BD [电饭锅中的温度传感器其要紧元件是铁氧体，故A 选项错，B 选项正确；因水开时温度约为100℃，达不到居里温度(103℃)，故不能自动断电，那么选项C 错；温控开关只能手动闭合，故D 正确、]2、(1)见解析(2)不能(3)12∶1解析(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S 2又自动断开，再次处于保温状态、(2)假如不闭合开关S 1，那么不能将饭煮熟，因为最高只能加热到80℃.(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P 1＝U 2R 并，保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并，两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50Ω.从而有P 1∶P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋500/11500/11＝12∶1.点评(1)电饭煲的工作过程：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，那么触点接通，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，接着加热，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、(2)假如用电饭煲烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”，电饭煲不能自动断电、只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电、因此，电饭煲用来烧水不能实现自动控温、3、见解析解析日光灯启动器内有一双金属片，热膨胀系数不同、开关闭合后，启动器两极之间有电压使氖气放电而发出辉光，辉光发出的热量使U 形动触片受热膨胀向外延伸，碰到静触片触点，电路接通；温度降低时，U 形动触片向里收缩，离开触点，电路断开、4、见解析解析(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小、那么双金属片向下弯曲，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，如此循环进行，起到自动操纵温度的作用、(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，如今可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的、点评双金属片的膨胀系数不同，导致受热膨胀时，膨胀的长短不同，而使双金属片发生弯曲，以此来实现电路的通断、5、实验电路如下图所示解析当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用、通过调节滑动变阻器的阻值，能够达到调节报警温度的目的、6、见解析解析电路如下图操纵过程是：当有光照射时，光电流通过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，当无光照时，光电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，操纵路灯电路接通，路灯开始工作、方法总结在分析和设计自动操纵电路时，要透彻理解各个元件的特性，如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等；在涉及门电路的电路图时，电流的通路并不能完整地呈现出来，因此不能用原来的电路知识来理解，而是要正确理清电路中的逻辑关系、。
高中物理 第三章 传感器 第四节 用传感器制作自控装置检测 粤教版选修32
第三章传感器第三节传感器的应用第四节用传感器制作自控装置A级抓基础1．很多汽车的车窗有防夹手功能，车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，实现该功能可能使用的传感器是( )A．生物传感器B．气体传感器C．温度传感器D．压力传感器解析：汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，这是因为使用了压力传感器，故D正确，A、B、C错误．答案：D2．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( ) A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三特性都利用了解析：灯要求夜晚亮、白天熄．白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以是电路中的光传感器导致电阻变化，实现自动控制，因此是利用了半导体的光敏性．答案：B3．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干．干手机能使传感器工作，是因为手的靠近( )A．改变湿度B．改变温度C．改变磁场D．改变电容解析：根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化而工作的就成了室内烘干机．答案：D4.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，当膜片向右运动的过程中有( )A ．电容变大B ．电容变小C ．导线AB 中有向左的电流D ．导线AB 中有向右的电流解析：由C ＝Q U ＝εr S 4πkd，当膜片向右运动时，d 减小，C 变大，A 对；因U 不变，则Q 变大，即直流电源继续对电容充电，C 对．答案：AC5.在如图所示的电路中，E 为电源，其内阻为r ，L 为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R 1、R 2为定值电阻，R 3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，V 为理想电压表．若将照射R 3的光的强度减弱，则( )A ．电压表的示数变大B ．小灯泡消耗的功率变小C ．通过R 2的电流变小D ．电源内阻的电压变大解析：由光敏电阻的性质可知电路中电阻的变化，则由闭合电路欧姆定律可得出电路中电流的变化，由欧姆定律可得出电压表示数的变化；同时还可得出路端电压的变化；由串联电路的规律可得出并联部分电压的变化，再由并联电路的规律可得出通过小灯泡的电流的变化，由功率公式即可得出灯泡功率的变化．光敏电阻光照减弱，故光敏电阻的阻值增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流减小，故R 1两端的电压减小，故A 错误；由并联电路的电流规律可知，流过灯泡的电流一定减小，故由P ＝I 2R 可知，小灯泡消耗的功率变小，故B 正确；因电路中电流减小，故电源内阻的电压减小，路端电压增大，同时R 1两端的电压减小，故并联电路部分电压增大；则流过R 2的电流增大，故C 、D 错误．答案：BB 级 提能力6．(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作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态，此时两灯均不亮．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：汽车加速前进时，M与左边触点接触，乙灯亮，所以B正确；当汽车刹车时，M 与右边触点接触，甲灯亮，所以C正确．答案：BC7．如图是电熨斗的结构图，下列说法错误的是( )A．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C．双金属片的膨胀系数上层金属小于下层金属D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断解析：需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高，金属片发生弯曲较厉害时触点才断开，故A正确；常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故B正确；当温度升高时，金属片向膨胀系数小的发生弯曲，触点断开，故双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属片，故C错误；双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断，故D正确．答案：C8.(多选)如图所示，兴趣小组的同学为了研究竖直运动的电梯中物体的受力情况，在电梯地板上放置了一个压力传感器，将质量为4 kg的物体放在传感器上．在电梯运动的某段过程中，传感器的示数为44 N．g取10 m/s2.对此过程的分析正确的是( )A ．电梯可能正在减速下降B ．电梯可能正在加速上升C ．物体的加速度大小为1 m/s 2D ．电梯的加速度大小为4 m/s 2解析：当物体受到的压力大于重力时，物体处于超重状态，加速度向上；当物体受到的压力小于重力时，物体处于失重状态，加速度向下．当传感器的示数为44 N ，则物体受到的支持力是44 N ，根据牛顿第二定律：a ＝F N －mgm＝44－4×104m/s 2＝1 m/s 2.且加速度向上；则物体可能做向上做加速运动，或向下做减速运动．故A 、B 、C 正确，D 错误．答案：ABC9．(多选)如图所示是一种延迟开关，当S 1闭合时，电磁铁F 将衔铁D 吸下，C 线路接通，当S 1断开时，由于电磁感应作用，D 将延迟一段时间才被释放，则下列说法正确的是( )A ．由于A 线圈的电磁感应作用，才产生延迟释放D 的作用B ．由于B 线圈的电磁感应作用，才产生延迟释放D 的作用C ．如果断开B 线圈的电键S 2，无延迟作用D ．如果断开B 线圈的电键S 2，延迟将变长解析：当S 1断开时，导致线圈B 中的磁通量变小，从而出现感应电流，致使F 仍有磁性，出现延迟一段时间才被释放，所以由于B 线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D 的作用，故A 错误，B 正确；若断开B 线圈的开关S 2，当S 1断开，F 中立即没有磁性，所以没有延时功能，故C 正确，D 错误．答案：BC10．在科技创新活动中，小华同学根据磁铁同性相斥原理设计了用机器人操作的磁力运输车(如图甲所示)．在光滑水平面AB 上(如图乙所示)，机器人用大小不变的电磁力F 推动质量为m ＝1 kg 的小滑块从A 点由静止开始做匀加速直线运动．小滑块到达B 点时机器人撤去电磁力F ，小滑块冲上光滑斜面(设经过B 点前后速率不变)，最高能到达C 点．图甲图乙机器人用速度传感器测量小滑块在ABC 过程的瞬时速度大小并记录如下. t /s 0 0.2 0.4 … 2.2 2.4 2.6 … v /(m·s －1)0 0.4 0.8 … 3.0 2.0 1.0 …求：(1)机器人对小滑块作用力F 的大小；(2)斜面的倾角α的大小．解析：(1)小滑块从A 到B 过程中：a 1＝Δv 1Δt 1＝2 m/s 2，由牛顿第二定律得：F ＝ma 1＝2 N. (2)小滑块从B 到C 过程中加速度大小：a 2＝Δv 2Δt 2＝5 m/s 2. 由牛顿第二定律得：mg sin α＝ma 2，则α＝30°.答案：(1)2 N (2)30°11．如图所示是电饭煲的电路图，S 1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时会自动断开，S 2是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时会自动闭合，温度高于80 ℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R 1＝R 2＝500 Ω，加热电阻丝R 3＝50Ω，两灯电阻不计．(1)分析电饭煲的工作原理．(2)简要回答，如果不闭合开关S 1，能将饭煮熟吗？(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80 ℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合；水烧开后，温度升高到103 ℃时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70 ℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．(2)如果不闭合开关S 1，则不能将饭煮熟，因为最高只能加热到80 ℃.(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P 1＝U 2R 并，保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并，两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50Ω.从而有P 1∶P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋500/11500/11＝12∶1. 答案：(1)见解析 (2)不能 (3)12∶1。
用传感器制作自控装置-粤教版选修3-2教案
用传感器制作自控装置-粤教版选修3-2教案介绍本课程旨在通过将传感器与单片机相结合，制作一个具有自控功能的装置。
通过这个项目，学生将学会基本的传感器接口原理、单片机控制、以及自控装置的设计与实现等技能。
该项目适合于高中阶段的物理或电子相关课程，同时也适合于对物理电子感兴趣并想要学习更多相关知识的学生。
教学目标1.学生掌握传感器的基本原理以及常见的传感器类型。
2.学生熟悉单片机的基本概念和使用方法。
3.学生具备设计和实现一个基于传感器和单片机的自控装置的能力。
4.学生能够合理运用所学知识解决实际问题。
教学内容本节课主要内容为以下三个部分：传感器基本原理1.介绍传感器的基本原理和分类。
2.介绍常见的传感器类型，如温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
3.介绍传感器的使用方法和接口特点。
单片机基础知识1.介绍单片机的概念和分类。
2.介绍单片机的基本组成部分和工作原理。
3.介绍单片机开发环境的搭建和使用方法。
自控装置设计与实现1.介绍自控装置的基本原理和结构。
2.分析传感器信号的获取和处理过程。
3.结合具体实例，介绍如何设计和实现一个基于传感器和单片机的自控装置。
教学方法1.讲授理论知识。
2.示例演示和操作演示。
3.全班讨论和小组合作。
4.课程复习和测试。
教学评估1.课堂互动：学生在课堂上积极提问、回答问题，参与课堂讨论的频率和质量。
2.作业完成情况：学生在规定时间内完成作业的内容和质量。
3.实验操作：学生按规定步骤、合理运用所学知识完成实验的质量和结果。
4.课堂测试：学生在测试中的表现和得分。
补充说明在教学过程中，教师应注意以下几点：1.推荐使用实物展示和演示，以加深学生对传感器和单片机的理解和认识。
2.强调实验安全问题，确保学生在实验过程中的安全。
3.鼓励学生自主思考和提问，促进课堂互动和思维发散。
4.教师应注意对学生的语言表达和演示过程给予及时和具体的反馈，以提高学生的学习效果。
结束语该课程旨在提高学生的物理电子水平和自主实践能力。
高中物理 第3章 传感器 第4节 用传感器制作自控装置课后提能训练 粤教版选修3-2
1 用传感器制作自控装置 基础达标 一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～5题有多项符合题目要求) 1．在应用光敏电阻制作的光控自动照明电路实验中，下列说法不正确的是( ) A．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变大的特性 B．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变小的特性 C．实验中二极管的作用是负向截止，正向导通 D．晶闸管在未加触发电压时，具有正向阻断能力 【答案】A 2．在制作光控电路实验中，某同学按电路图将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中，接通电源，灯泡不发光，原因不可能是( )
A．二极管两极接反 B．电阻R1与光敏电阻位置颠倒 C．电阻R1阻值太小 D．灯泡被断路 【答案】C 3．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是( ) A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大 B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小 C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音 D．压力传感器可以使其有“手感” 【答案】A 4．下列说法正确的是( ) A．温度升高时，负温度系数热敏电阻的阻值增大 B．晶体二极管具有单向导电性 C．晶体三极管能够将其他形式的能转化为电能 D．当晶闸管承受正向电压时，仅在VS门电极处于高电平时，才导通 2
【答案】BD 5．高温超导限流器被公认为目前最好的且唯一行之有效的短路故障电流限制装置，中国科学院电工研究所完成了一项具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并进行了并网挂机实验．超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示．超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I>IC时，将造成超导体失超，从超导态(本题认为电阻为零)转变为正常态(本题认为是一个纯电阻)，以此来限制电力系统的故障电流．已知超导部件的正常电阻为R1＝3 Ω，超导临界电流IC＝1.2 A，限流电阻R2＝6 Ω，小灯泡L上标有“6 V 6 W”，电源电动势E＝8 V，内阻r＝2 Ω.原来电路正常工作，现L突然发生短路．则( )
(粤教版)物理选修3-2第3章《用传感器制作自控装置》学案(含答案)
学案2 传感器的应用用传感器制作自控装置[学习目标定位] 1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的知识解释一些生活中的问题.2.了解传感器应用的一般模式.3.能设计简单的应用传感器的控制电路．1．传感器主要由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成．2．温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，光电传感器是一种将光学量变化转换为电学量变化的装置．一、生活中的传感器电饭煲、电冰箱、空调机等与温度控制相关的家用电器都要用到温度传感器；自动门、家电遥控器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器，均使用了红外线传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等．二、农业生产中的传感器无人管理的自动灌溉系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的帮助下实现的；现代粮库采用了温度传感器和湿度传感器．三、工业生产中的传感器生产安全中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等安全隐患；在自动控制系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．四、飞向太空的传感器在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员的各种生理状态的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等.一、生活中的传感器——电熨斗[问题设计]如图1所示为电熨斗的构造，其中双金属片上层金属的膨胀大于下层金属．观察电熨斗的构造，并回答下列问题：图1(1)常温下，电熨斗的上下触点应当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？(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？答案(1)常温时，电熨斗的上下触点应是接触的，这样电熨斗接通电源后能进行加热．当温度过高时双金属片膨胀，因上层的膨胀系数大，故上层膨胀的厉害，双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度后，两触点分离，电路断开，电热丝停止加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热．(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，也就是要求双金属片弯曲程度较大时，两触点分离，所以应使调温旋钮下旋．反之，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，应使调温旋钮上旋．[要点提炼]双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而控制电路的通断．二、生活中的传感器——电饭锅[问题设计]电饭锅的结构如图2所示．图2(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动发生哪些动作？(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？答案(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，手松开后，由于锅内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态．(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变．因为水沸腾时，温度不变．(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103 ℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位．(4)不能，因为如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”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，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温．[要点提炼]电饭锅中温度传感器为感温铁氧体．1．居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”．2．自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开始煮饭，当锅内温度达到103℃时，感温铁氧体失去磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．三、用传感器制作自控装置课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路[实验器材]二极管VD、晶闸管VS、光敏电阻RG、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L.[实验原理]由晶闸管VS与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图3所示．1．当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压图3后使晶闸管VS门电极处于低电平，VS关断．2．当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RC呈高阻，使VS的门电极处于高电平，VS获正向触发电压而导通，灯L亮．3．改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．一、传感器的应用实例例1电饭煲的工作原理如图4所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70℃～80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，当温度降到70℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．图4解析R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度达到70℃～80℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．答案见解析二、传感器的应用分析例2按图5所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是___________________；用电吹风对负温度系数的热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是_______；停止吹风，会发现__________________________________________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现_______________________________________________．图5答案由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁亮了电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高小灯泡熄灭例3青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻近似为0，照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图6所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.图6(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36 V，内阻很小符号开关S，导线若干(2)回答下列问题：①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．答：______________________________________________________________________.答案见解析解析(1)电路原理如图所示(2)①20 160～520②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开1．(传感器的应用实例)(双选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图7甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程( )图7A．物体处于失重状态B．物体处于超重状态C．升降机一定向上做匀加速运动D．升降机可能向下做匀减速运动答案BD解析电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．2．(传感器的应用实例)(单选)在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图8所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下判断正确的是 ( )图8①通电后，其电功率先增大后减小②通电后，其电功率先减小后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变A．①②B．②③C．②④D．①④答案 D解析当温度由零升到t1的过程中，PTC的电阻率ρ随温度升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度继续升高，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境的温的差也就越大，电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在t1～t2之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，即热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t＜t3时，P ＞P′，温度自动升高到t3；当t＞t3时，P＜P′，温度自动降到t3，实现自动保温，正确选项为D.3．(传感器的应用分析)如图9所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？图9答案见解析解析P、Q应该分别接在触头a、b上，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧弹上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制．4．(传感器的应用分析)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10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、电磁继电器等几部分组成．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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________图10答案见解析解析光照射光电管时，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；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．题组一传感器应用实例1．(双选)关于电饭锅的说法正确的是( )A．电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位答案BD2．(单选)如图1所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )图1A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确答案 C解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．3．(单选)某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )A．热敏电阻和光敏电阻B．金属热电阻和光敏电阻C．热敏电阻和霍尔元件D．光敏电阻和驻极体话筒答案 D解析两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确．4．(双选)如图3是电熨斗的结构图，下列说法正确的是( )图3A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝上升D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断答案BD解析电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片的膨胀系数上大下小，温度升高到一定时，双金属片向下弯曲使触点断开，停止供电．A错，B、D对；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这样要使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度也需要更高一些，C错．题组二传感器的应用分析5．(单选)如图4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 ( )图4A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联答案 A6．(单选)如图5所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则( )图5A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端答案 B解析根据温度变化，分析R的变化，确定电路中电流的变化，电流增大时，继电器L对衔铁吸引力增大，P将会被吸下．当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁吸引力减小，P 将不会被吸下，故A错误．当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁吸引力增大，P将会被吸下．故B正确．恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误．故选B. 7．图6甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________ ℃.图6答案34解析设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有UR1＋R2R1＝UR3＋RtR3，解得Rt＝20 kΩ.由题图乙可知，当Rt＝20 kΩ时，t＝34 ℃.8．如图7所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理．图7答案见解析解析当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高、阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮．9．如图8甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定．电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路．图8答案见解析解析由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，通过光敏电阻的电流增大．根据题意设计的自动光控电路如图所示．控制过程是：当有光照射时，电路中电流增大，经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开，当无光照射时，电路中电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作．10．为了节能和环保，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，光敏电阻是阻值随着光的照度而变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP(1)乙图9(2)如图9乙所示，当1、2两端电压上升至2 V 时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3 V ，内阻不计)；定值电阻：R1＝10 k Ω，R2＝20 k Ω，R3＝40 k Ω(限选其中之一并在图中标出)开关S 及导线若干．答案 见解析解析 (1)光敏电阻随光照度变化的曲线如图甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．(2)当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为RP ＝20 k Ω，设计原理图如图乙所示．根据欧姆定律与串联电阻的分压知U12RP ＝E －U12R即 2 V 20 k Ω＝3 V －2 V R，R ＝10 k Ω 即与RP 串联的电阻应选R1.。
2021-2022学年高二物理粤教版选修3-2学案：第三章 2 传感器的应用 用传感器制作自控装置
学案2传感器的应用用传感器制作自控装置[目标定位] 1.了解传感器在生活和生产中的应用，尝试运用传感器的学问解释一些生活中的问题.2.了解传感器应用的一般模式.3.能设计简洁的应用传感器的把握电路．一、传感器的应用[要点提炼]1．生活中的传感器电饭煲、电冰箱、微波炉、空调机、消毒碗柜等与温度把握相关的家用电器都要用到温度传感器；自动门、家电摇控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等，均使用了红外线传感器；另外还有照相机中的光敏传感器、家用便携式电子秤的压力传感器等．(1)电熨斗中双金属片温度传感器的工作原理：温度变化时，因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同，双金属片发生弯曲从而把握电路的通断．(2)电饭煲的工作原理：电饭煲应用了温度传感器，其主要的感温元件是感温铁氧体．①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性，温度上升到约103 ℃时，失去铁磁性，这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”．②自动断电原理：用手按下开关按钮通电加热，开头煮饭，当电饭煲内温度达到103_℃时，感温铁氧体失去铁磁性，与永磁体失去吸引力，被弹簧弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．2．农业生产中的传感器无人管理的自动浇灌系统利用了湿度传感器；自动化温室种植中，温室的自动控温就是在温度传感器的挂念下实现的；现代粮库接受了温度传感器和湿度传感器．3．工业生产中的传感器生产平安中，如将一种埋入式光纤传感器安置在大桥或水坝中，随时可以监控大桥或水坝的裂痕等平安隐患；在自动把握系统中，如数控机床中的位移测量装置就是利用高精度位移传感器(如光栅传感器)进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工．4．飞向太空的传感器在运载火箭、载人飞船中，应用传感器供遥测和遥控系统使用；对宇航员各种生理状况的测量有生理传感器，如测量血压、心电图、体温等．二、用传感器制作自控装置课题：应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路图1试验器材二极管V D、晶闸管V S、光敏电阻R G、电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L.试验原理由晶闸管V S与电灯L构成主回路，把握回路由R与R G组成的分压器及二极管V D构成，如图1所示．1．当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管V S门电极处于低电平，V S关断．2．当夜幕降落时，照在R G上的自然光线减弱，R G呈高阻，使V S的门电极处于高电平，V S获正向触发电压而导通，灯L亮．3．转变R的阻值，即转变其与R G的分压比，可调整电路的起控点．一、传感器的应用实例例1电饭煲的结构如图2所示．图2(1)开头煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态？为什么？(2)煮饭时水沸腾后煲内是否会大致保持确定的温度？为什么？(3)饭熟后，水分被大米吸取，煲底的温度会有什么变化？这时电饭煲会自动发生哪些动作？(4)假如用电饭煲烧水，能否在水沸腾后自动断电？答案(1)煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开头加热，手松开后，由于煲内的温度低，感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到题图所示的状态．(2)煮饭时水沸腾后煲内的温度基本保持在水的沸点不变．由于水沸腾时，温度不变．(3)饭熟后，水分被大米吸取，煲底的温度会上升，当温度上升到“居里温度”(约103 ℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分别，开关自动断开，且不能自动复位．(4)不能，由于假如用电饭煲烧水，水沸腾后，煲内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”103 ℃，电饭煲不能自动断电，只有水烧干后，温度上升到103℃才能自动断电，因此用电饭煲来浇水、煲汤不能实现自动控温．例2电饭煲的工作原理如图3所示，可分为两部分，即把握部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必需较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”、“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．图3解析R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动把握温度开关，当温度低于70 ℃时自动闭合，当温度达到70～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必需当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．答案见解析二、自控装置应用实例例3按图4所示连接好电路，合上S，发觉小灯泡不亮，缘由是____________________________________________________________________________________________________；用电吹风对负温度系数的热敏电阻吹一会儿，会发觉小灯泡________，缘由是___________________________________________________________________________________________；停止吹风，会发觉______________________________________________________________；把热敏电阻放入冷水中会发觉____________________________________________________．图4答案由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁亮了电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁小灯泡不会马上熄灭，由于热敏电阻温度照旧较高小灯泡熄灭例4某同学设计的家庭电路疼惜装置如图5所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法不正确的有()图5A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2中磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．答案 C传感器的应用⎩⎪⎨⎪⎧生活中的传感器(电熨斗、电饭煲、遥控器等)农业、工业生产中的传感器(温度传感器、湿度传感器、光纤传感器等)飞向太空的传感器(用于遥测、遥控)用传感器制作自控装置(利用光敏电阻、热敏电阻等)1．(传感器的应用实例)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了推断升降机运动状态的装置，如图6甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程()图6A．物体处于失重状态B．物体处于超重状态C．升降机确定向上做匀加速运动D．升降机可能向下做匀减速运动答案BD解析电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．2．(传感器的应用实例)在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图7所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．对此，以下推断正确的是()①通电后，其电功领先增大后减小②通电后，其电功领先减小后增大③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变图7A．①②B．②③C．②④D．①④答案 D解析当温度由零升到t1的过程中，PTC的电阻率ρ随温度上升而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当t＝t1时，P＝P1达到最大．当温度连续上升，ρ增大，R增大，P减小；而温度越高，其与外界环境的温差也就越大，电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在t1～t2之间的某一温度t3会有P＝P3＝P′，即热功率P减小到等于散热功率时，即达到保温；当t＜t3时，P＞P′，温度自动上升到t3；当t＞t3时，P＜P′，温度自动降到t3，实现自动保温，正确选项为D.3．(传感器的应用分析)如图8所示是一种自动把握水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b 之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？图8答案见解析解析P、Q应当分别接在触头a、b上，同时，M、N应当分别接e、f，其工作原理是：当水温上升时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到确定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧弹上去，使a、b 之间连接，加热装置开头加热，从而实现水温把握．4．(传感器的应用分析)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把握设备来避开事故发生的．如图9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、电磁继电器等几部分组成．这样，当工人不慎将手伸入危急区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁马上变化，使机床停止工作，避开事故发生．光控继电器的原理是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.图9答案见解析解析光照射光电管时，阴极K放射电子，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；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．题组一传感器应用实例1．关于电饭煲的说法正确的是()A．电饭煲中的温度传感器的主要元件是氧化铁B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭煲烧水，水开时能自动断电D．用电饭煲煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位答案BD2．如图1所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透亮的挡板．平常间电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是()图1A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度上升，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确答案 C解析由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．3．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，毁灭声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是()A．热敏电阻和光敏电阻B．光敏电阻和霍尔元件C．热敏电阻和霍尔元件D．光敏电阻和声敏电阻答案 D解析两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确．4．如图2是电熨斗的结构图，下列说法正确的是()图2A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分别C．需要较高温度熨烫时，要调整调温旋钮，使升降螺丝上升D．双金属片温度传感器的作用是把握电路的通断答案BD解析电热丝通电加热，双金属片温度上升，双金属片的膨胀系数上大下小，温度上升到确定时，双金属片向下弯曲使触点断开，停止供电．A错，B、D对；需要较高温度熨烫时，要调整调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这样要使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度也需要更高一些，C错．题组二传感器的应用分析5．如图3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协作，可完成自动把握的要求．其工作方式是()图3A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联答案 A6．如图4所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简洁的恒温把握电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的上升而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成把握电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则()图4A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B．当温度上升到某一数值，衔铁P将会被吸下C．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在C、D端D．工作时，应当把恒温箱内的加热器接在A、C端答案 B解析当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误．当温度上升到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L 对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确．恒温箱内温度高到确定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度上升后，A、B端断开，所以工作时，应当把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D 错误．故选B.7．如图5为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )图5A ．温度上升至74 ℃时，L 1亮灯报警B ．温度上升至74 ℃时，L 2亮灯报警C ．温度上升至78 ℃时，L 1亮灯报警D ．温度上升至78 ℃时，L 2亮灯报警 答案 D解析 当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L 1亮，但不报警；当温度上升到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L 2被接通，所以灯L 2亮且报警，温度上升至74 ℃时，只是灯L 1亮，不会报警，故A 、B 、C 项错，D 项正确．8．图6甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R 1＝20 kΩ，R 2＝10 kΩ，R 3＝40 kΩ，R t 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a 、b 端电压U ab <0时，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度上升；当U ab >0时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________ ℃.图6 答案 34解析 设电路路端电压为U ，当U ab ＝0时，有U R 1＋R 2R 1＝U R 3＋R tR 3，解得R t ＝20 kΩ.由题图乙可知，当R t ＝20 kΩ时，t ＝34 ℃.图79．如图7所示为一自动把握温度的电路，请说明其工作原理． 答案 见解析解析 当开关P 在弹簧拉力作用下拉到上面与a 接触时，电热丝工作；随着温度上升，热敏电阻温度上升，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增加到确定程度时把P 吸到b ，电热丝停止工作，指示灯亮．10．如图8所示，1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路．说明这种温度自动报警电路的工作原理．图8答案 见解析解析 当热敏电阻的温度上升时，阻值减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到确定值时，电磁铁吸下衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警．当温度下降后，热敏电阻的阻值增大，电磁铁电路中电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声．。