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5.4 自制简单的控制电路 预习案 高二物理教科版（2019）选择性必修第二册
1.理解光控LED灯、温度报警器的工作原理。
2.了解发光二极管、三极管等电子元件的特性和用途
3.会用传感器自制简单的控制电路
重点、难点
用传感器自制简单的控制电路
光控LED灯
1.实验的基本思想：
利用光敏电阻作为光控开关实现在天黑到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭。
2.实验电路图：
3.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。
说明：（1）发光二极管
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。它小巧、省电，因此许多家用电器上都用它作指示灯。
（2）三极管
三极管具有电流放大作用，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、基极和集电极c，有NPN型和PNP型两种。三极管一个重要特性是，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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
1.教学楼过道灯的电路图如图所示，电路中的声传感器和光传感器实质就是声控开关和光控开关。在天黑以后，走过楼道时一跺脚灯就亮了；而白天无论怎样发出声响，灯都不会亮。下列分析正确的是( )
A.白天有光照时，光传感器自动闭合
B.夜晚无光照时，光传感器自动断开
C.有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合
D.夜晚狂风大作时，过道灯亮了，说明声传感器和光传感器都坏了
2.用负温度系数的热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：热敏电阻、小灯泡（或门铃）、电池组、继电器、滑动变阻器、开关，导线等。要求：温度高时，灯泡亮或门铃报警。请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明。
3.某同学做DIS实验时用如图所示的电路，利用该电路可以测量小灯泡的________或者________.
4.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图所示电路连接，制成光电报警装置。已知：①光敏电阻：受光照射后，阻值会变小；②干簧管继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态。要求：当有光照射报警装置且光照不是很弱时，蜂鸣器发声；当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。请将下面的电路完整连接好。
答案以及解析
1.答案：C
解析：ABC.白天有光照时，光传感器自动断开，夜晚无光照时，光传感器自动闭合。有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合。两个开关同时闭合，灯就会自动亮。故AB错误；C正确；
D.夜晚狂风大作时，过道灯亮了，说明声传感器和光传感器都没有损坏。故D错误。
故选C。
2.答案：原理图如图所示，其工作过程是：闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光。当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭。这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的。
解析：假设用热敏电阻来控制一个小灯泡的点亮和熄灭。电池组的输出电压要等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡串联来调节，其工作原理如下图所示，这样可以共用一个电池组。所选取的器材有继电器、热敏电阻、开关，电池组、滑动变阻器、小灯泡和连接导线等。根据题目要求，设计原理图如图所示
其工作过程是：闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光。当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭。这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的。
3.答案：功率；电阻
解析：电压传感器A可以测量小灯泡两端的电压，电流传感器B可以测量灯泡的电流，根据及可以测量功率和电阻。
4.答案：
解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关里面两个接线构成一个回路，而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关外面线圈的两个接线构成又一个回路。当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发生。故电路的连接方法如下图所示

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