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物理也疯狂
人教版高中物理选择性必修第二册
第五章第3节
利用传感器制作简单的
自动控制装置
目
录
contents
01
门窗防盗报警装置
02
光控开关及其应用
03
热敏电阻的应用
观看视频，神奇的机器工人
情境导入
传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠的捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。
我们提供了两个利用传感器实现简单自动控制的实验，只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。
门窗防盗报警装置
光控开光
情境导入
1.实验目的与要求
门窗防盗报警装置，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音报警，指示灯灭。
2.电路图(如图)
门窗防盗报警装置
3.实验器材和装置
(1)干簧管SA：作为传感器，感知磁体M磁场是否存在。
(2)继电器(虚线框部分)：作为执行装置。
(3)发光二极管LED：作为电路正常工作指示灯。
(4)电阻R：作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。
发光二极管
三极管
门窗防盗报警装置
4.电路工作原理
(1)当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两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。
(2)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，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。
5.实验操作
(1)检查干簧管。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作。
(2)连接电路。连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。
(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。
门窗防盗报警装置
1. (2024·盐城市高二期末)把光敏电阻(光照越强，阻值越小)接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，则
A.干簧管应用了电磁感应原理
B.增大了电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时
　才可能报警
C.增大了电源B的电动势，报警器在光照更强时才可能报警
D.增大了电源A的电动势，报警器在光照更强时才可能报警
√
门窗防盗报警装置
2.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，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。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
√
门窗防盗报警装置
1、 实验的基本思想
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
光控开关及其应用
2. 实验电路
实验电路如图所示。光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R2 为发光二极管的限流电阻。可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路。下面提供两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
光控开关电路
光控开关及其应用
3. 实验基本元件及参数
序号 名称 规格型号 数量
1 可调电阻 R1 最大电阻为 51 kΩ 1
2 限流电阻 R2 330 Ω 1
3 光敏电阻 RG 暗电阻 > 1 MΩ 亮电阻 < 3 kΩ 1
4 三极管 VT 8050 1
5 发光二极管 LED 红色 1
6 继电器 HRS1H-S 5 V 或 JQX-14FC 5 V 1
7 小灯泡 L 6 V 0.3 A 1
8 二极管 D IN4001 1
9 电源 干电池 6 V 1
光控开关及其应用
4. 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。
光控开关及其应用
5. 实验操作
（1）按如图所示电路连接电路，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。
光控开关及其应用
视频：光控开关
光控开关及其应用
拓展学习：
双金属片温度传感器在电熨斗中的应用
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。
双金属片温度传感器
光控开关及其应用
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．
2.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．
光控开关及其应用
拓展学习：
烟雾散射式火灾报警器
报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．
天花板上的火灾报警器
结构和原理
光控开关及其应用
1.(多选)如图所示是某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置。则下列说法正确的是
A.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压变大
B.当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压减小
C.当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
√
√
光控开关及其应用
2.(2024·汕头市高二期中)图中光敏电阻RG没有受到光照射(或光较暗)时，阻值较大；有光照射(或光较强)时，阻值较小。如图所示，现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路，用于公路照明。下列说法正确的是
A.白天光照越强，电磁铁的磁性越强
B.白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流
C.该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能
D.低压直流电源的总功率晚上比白天的大
√
光控开关及其应用
　 (2024·泸州市高二期末)用某热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路，热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小。在某次调试时，报警器达到报警温度后，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使小灯泡发光。排除了其他因素后，造成这一现象的原因可能是下列选项中的
A.控制电路中电源E1的内阻太小
B.工作电路中电源E2的内阻太小
C.继电器中的线圈匝数太少
D.继电器中弹簧劲度系数太小
例1
√
热敏电阻的应用
　在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱原理如图甲所示，箱内电阻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像如图乙所示。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，使箱内温度提高；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　　 ℃。
例2
35
热敏电阻的应用
1.如图所示为一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，下列说法正确的是
A.温度升高至74 ℃时，灯L1亮报警
B.温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
C.温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
D.温度升高至78 ℃时，灯L2亮报警
√
热敏电阻的应用
2.(多选)(2024·福州市高二期末)电饭煲的电路图如图所示。S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到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，定值电阻R1=R2=500 Ω，加热电阻丝R3=50 Ω，两灯电阻不计。
热敏电阻的应用
则下列分析正确的是
A.手动闭合开关S1后，电饭煲处于加热状态，
　且温度低于70 ℃时，开关S1、S2均处于闭
　合状态，黄灯不亮、红灯亮
B.加热到103 ℃时，开关S1、S2均处于断开状态，黄灯亮，电饭煲处于
　保温状态
C.由于散热，待温度降至80 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热
D.由于电饭煲重新加热，温度达到103 ℃时，S2又自动断开，再次处于
　保温状态
√
√
热敏电阻的应用
3.如图所示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(　　)
A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警
B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警
C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警
D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警
【解析】当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警．
√
热敏电阻的应用
本节内容到此结束

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