资源简介

(共27张PPT)
第三节
利用传感器制作
简单的自动控制装置
第五章 传感器
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
1.通过利用传感器制作简单的自动控制装置，加深对传感器的认识，了解与传感器技术相关的物理知识，从实际应用的视角理解物理与实际生活的紧密联系。
2.引导学生经历实验探究过程，培养学生设计实验、绘制实验电路图以及实验操作的能力，培养学生实验探究的学科素养。
3.通过实验知道二极管的单项导电性、三极管具有电流放大作用等。
新课导入
生活中，无处不在的传感器…
紫外线传感器
磁光效应传感器
相机
电子秤
自动门
第一节
门窗防盗报警装置
门窗防盗报警装置
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。
干簧管
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。
门窗防盗报警装置
功能
具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。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。
构成
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非电学量转换为电路的通断。
门窗防盗报警装置
实验器材
名称 规格型号 名称 规格型号
干簧管 SA 常开型 蜂鸣器 H 有源型
继电器 JQX-14FC 5 V 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 绿色 小磁体
电阻 R 330 Ω 开关
装置中各元件的作用
①干簧管：在电路中起传感器和控制开关的作用，作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。
②继电器（虚线方框部分）作为执行装置，继电器则相当于一个自动的双向开关。
③发光二极管LED作为电路正常工作提示。
特别提醒
发光二极管和普通二极管一 样具有单向导电性，而且在导电时还能发光，有红、绿、黄等多种颜色。
④电阻R ：为发光二极管的限流电阻，起保护作用 。
⑤蜂鸣器 H： 作为报警提醒。
c
a
b
S
LED
H
SA
M
R
实验原理图
门窗防盗报警装置
实验器材
电源、导线、开关、干簧管、继电器、蜂鸣器、发光二极管、电阻、小磁体。
实验步骤
(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,连接电路。
(3)接通电源后,将磁体先后靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。
门窗防盗报警装置电路图
发光二极管
第二节
光控开关
光控开关
目标效果：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。
光照弱，路灯开启；
光照强，路灯熄灭。
光敏电阻
工作电流很微弱，
不能直接驱动执行机构工作，
需要放大电路。
晶体三极管
光控开关
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。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
实验器材
名称 规格型号 名称 规格型号
可调电阻 R1 最大电阻为 51 kΩ 继电器 HRS1H-S 5 V 或
JQX-14FC 5 V
限流电阻 R2 330 Ω 小灯泡 L 6 V 0.3 A
光敏电阻 RG 暗电阻 > 1 MΩ 亮电阻 < 3 kΩ 二极管 D IN4001
三极管 VT 8050 电源 干电池 6 V
发光二极管 LED 红色
光控开关
装置中各元件的作用
（1）晶体三极管：晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种。
（2）三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
NPN型
PNP型
b
c
e
b
c
e
三极管电路符号及实物图
光控开关
光控开关电路
光控开关
实验器材
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。
实验步骤
(1)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。
如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。
光控开关
实验现象
（1）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。
（2）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。
注意：如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
经典例题
如图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。当发生火灾时，下列说法正确的是（　　）
A.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.发生火灾时，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.发生火灾时，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
C
答案：C
【解析】　由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使LED发出的光发生散射，部分光线照在光电三极管上，使其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报。
光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一。如图6-2-5所示为其模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，试简述其工作原理。（提示：光照射到K极上能放出电子）
答案：开关合上后：白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到阳极使电路接通，电磁铁中的强电流产生的磁场将衔铁吸住，照明电路断开，灯泡不亮；夜晚，光电管无光照射就无电子逸出，电路断开，电磁铁中无电流通过，弹簧将衔铁拉起，照明电路接通，这样就达到日出灯熄、日落灯亮的目的。
当堂检测
现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示，试设计一个温控电路。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，画出电路图说明工作过程。
某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3 拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。
将框架固定在运动的物体上，
当物体具有图示方向的加速度时，
电压表的指针将向哪个方向偏转？
简述你分析的过程。
双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。
敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，
使温度升高到60℃时两触点恰好接通。请
你利用这个双金属温度传感器，设计一个
电热水器自动加热的控制方案。当水温低
于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。
本课小结
利用传感器制作简单的自动控制装置
实验一：
门窗防盗报警装置
实验器材和装置：干簧管、继电器
电路工作原理
实验二：光控开关
实验器材和装置：三极管
实验操作
电路工作原理
实验操作
谢谢

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