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物理　选择性必修 第二册 RJ
3．利用传感器制作简单的自动控制装置
1．理解门窗防盗报警装置、光控开关的工作原理。2.了解发光二极管、晶体三极管等电子元件的特性和用途。3.会用传感器设计电路实现简单的自动控制。
实验　门窗防盗报警装置
一、实验目的
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。
二、实验思路
可利用干簧管在磁场中的特性实现上述功能。如图所示，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。
三、实验器材和装置
装置如图所示。主要器材有：干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源、小磁体、开关。
说明：采用干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器(虚线方框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示。
四、电路工作原理
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。
五、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，按照电路图所示连接电路。
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。
实验　光控开关
一、实验目的
设计光控开关电路，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。
二、实验思路
可利用光敏电阻实现上述功能，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
三、实验器材和装置
实验装置如图甲或乙所示。主要器材有：可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG、三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L、二极管D、电源。
说明：(1)晶体三极管原理
晶体三极管具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。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(如图丙)。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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
(2)为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示。
四、电路工作原理
1．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放大电路实现控制。晶体三极管具有电流放大作用，可配合光敏电阻完成光控开关的任务。
2．如图甲，可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。
3．图乙用小灯泡模仿路灯，小灯泡的功率比图乙中的发光二极管LED功率大得多，为了能够驱动更大功率的负载，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。
4．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。
五、实验操作
1．按照图甲或图乙所示连接电路，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。
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。
2007年，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖。如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小。下列说法正确的是(　　)
A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
(1)图中电路的GMR和R部分将磁场的强弱转换为哪个电学量？
提示：转换为GMR与R的电压之比。
(2)加在三极管基极b上的电压怎样影响指示灯的亮灭？
提示：加在三极管基极b上的电压较小(较大)时，三极管不导通(导通)，指示灯灭(亮)。
(3)探测仪的灵敏度较高是指什么？
提示：是指磁场较弱、GMR阻值较大时，GMR与R的电压之比仍能处在使三极管导通与不导通的临界点上。
[解析]　如果存在磁铁矿，则巨磁电阻(GMR)阻值大幅度减小，流过巨磁电阻(GMR)和R电路的电流大幅度增大，由UR＝IR知，R两端电压增大，因此，巨磁电阻(GMR)两端电压减小，此时三极管VT导通，指示灯亮。要使该探测仪的灵敏度提高，即磁场较弱、GMR阻值较大时，三极管仍处在导通与不导通的临界点，由串联分压关系可知R应调大。故A、B、D错误，C正确。
[答案]　C
1．三极管在传感器电路中的作用 如图所示，R1或R2是传感器，M是发光二极管或蜂鸣器之类的指示器。 加在三极管基极b上的电压高低决定了三极管是否导通，指示器是否工作。 2．传感器自动控制电路的设计技巧 (1)首先弄清电路要实现的功能。 (2)然后弄清传感器将非电学量转换为电学量的规律。 (3)最后根据各量的逻辑关系设计电路。
[跟进训练]　如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上。
如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中，这时由于簧片被磁化，开关B接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
答案：开关　图见解析
解析：房卡可以控制房间内的灯和插座，房卡不插入槽中，房间内所有的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。将开关B与电源E、线圈连成一个回路，将三个灯泡所在电路与交流电源接成回路，即按8—7、4—5、6—9、1—3、2—10连接起来，构成正常的电门卡电路，如图所示。
课后课时作业
1．如图为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时(　　)
A．光控开关自动闭合，声控开关自动闭合
B．光控开关自动断开，声控开关自动闭合
C．光控开关自动闭合，声控开关自动断开
D．光控开关自动断开，声控开关自动断开
答案：B
解析：在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯亮了，说明无光照时光控开关自动闭合，有声音时声控开关自动闭合。白天有光照时，无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，是因为光控开关自动断开，声控开关自动闭合，电路是断开的，故选B。
2.如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是(　　)
A．电磁继电器与发电机工作原理相同
B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C．电磁铁工作时，上端为S极
D．当有人闯入保密室时，b灯亮
答案：D
解析：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理工作的，A错误；电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈的匝数及有无铁芯等有关，B错误；由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，D正确。
3.(多选)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图如图所示。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，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(　　)
A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的
B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的
C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min
D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻RL相比，应满足R RL
答案：BCD
解析：按钮开关K按下前，延时开关S断开，有电流通过发光二极管，故发光二极管是发光的，A错误，B正确。按下按钮开关K后，延时开关S闭合，发光二极管和电阻R被短路，电灯L发光，再释放K，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光约1 min，C正确。由于R为限流电阻，发光二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证K按下前电灯不发光，故应满足R RL，D正确。
4．在光控电路实验中，某同学按如图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，LED灯不发光，原因不可能是(　　)
A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒
C．R1阻值太小 D．LED灯断路
答案：C
解析：由题可知，若二极管两极接反，光线暗时，二极管加负向电压，无法导通，LED灯不亮，A可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，加在三极管基极b上的电压较小，三极管不导通，LED灯不发光，B可能；若R1阻值太小，则加在三极管基极b上的电压一直很高，三极管一直导通，LED灯一直发光，C不可能；LED灯断路时无法发光，D可能。本题选不可能的，故选C。
5．某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：闭合开关后，正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整，请完成以下问题：
(1)图中的甲元件是________；
A．二极管
B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D．PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往________移动一点。
答案：(1)C　(2)右
解析：(1)根据要求，正常情况绿灯亮，即正常情况绿灯所在电路接通，衔铁未被吸下，电磁铁磁性较弱，左侧电路电流较小，甲元件阻值较大；有险情时，温度升高，电铃报警，此时衔铁被吸下，电磁铁磁性较强，左侧电路电流较大，甲元件阻值较小，所以图中的甲元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，故选C。
(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，则是在热敏电阻的阻值比较小的时候才报警，说明滑动变阻器接入电路的阻值偏大。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器接入电路的阻值小一些，则需要将滑片往右移动一点。
6．某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为________ Ω。
(3)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，现将控制电路中的电源换成硅光电池，用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U I曲线(如图丙)。不改变滑片的位置，当货架承受的压力逐渐增加时，该硅光电池的内阻将________，内电路上消耗的功率将________。(以上两空均填“增大”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”)
(4)若控制电路中的电源换成硅光电池，其U I图像仍如图丙，不改变滑片的位置，即如(2)中数值，现测得硅光电池两端电压为5.4 V，则货架上承受的压力为________ N。
答案：(1)图见解析　(2)318　(3)增大　增大 (4)90
解析：(1)将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将压敏电阻R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路，连接电路如图所示。
(2)R1与R2串联，当F＝800 N时，由题意可知，控制电路中电流为I＝15 mA＝0.015 A，由题图乙可知，R1＝80 Ω，根据闭合电路的欧姆定律有R1＋R2＋r＝，所以R2＝－r－R1＝318 Ω，即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。
(3)当不改变滑片的位置，货架承受的压力逐渐增加时，由题图乙可知，R1的电阻变小，又外电路电阻R外＝R1＋R2，则R外减小，又因R外＝，即在硅光电池的U I图像中，图线上点与原点连线的斜率表示外电路的外电阻，由题图丙可知，电路中电流I增大，而由U＝E－Ir得r＝，即硅光电池的U I图线上的点与图线和纵轴交点的连线的斜率的绝对值表示硅光电池内阻，结合题图丙可知，该硅光电池的内阻将增大；硅光电池的内电阻和电流都增大，由P内＝I2r可知内电路上消耗的功率将增大。
(4)硅光电池两端电压为5.4 V，由题图丙可知此时电流为10 mA，外电路的总电阻R1＋R2＝，所以R1＝－R2＝ Ω－318 Ω＝222 Ω，根据题图乙可知R1＝240－F(F、R1的单位分别是N、Ω)，所以此时对应的压力为90 N。
7．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管(当φe－φb≥0.2 V时，c、e间的电阻R可忽略不计，当φe－φb<0.2 V时，R可视为无穷大)，b点的电势由R1与R2的比值决定，R1、R2中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果，请回答下列问题：
(1)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路；
(2)R1是________(选填“光敏电阻”或“定值电阻”)。
答案：(1)图见解析　(2)光敏电阻
解析：(1)根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，为了用电安全，开关应接在火线上。画导线时要避免交叉，电路图如图所示。
(2)为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁线圈通电，φe－φb≥0.2 V，由串联电路分压规律可知，与夜晚相比，R1变小或R2变大，而由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，白天时光敏电阻阻值变小，所以R1是光敏电阻。
8．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧继电器、开关、电源按如图甲所示电路连接，制成光电报警装置。当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。
①光敏电阻：光敏电阻受光照射时，阻值会变小。
②干簧继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示。
试说明光电报警器的工作原理。
答案：见解析
解析：当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，线圈中的电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声；反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声。
1(共43张PPT)
第五章　传感器
3.利用传感器制作简单的自动控制装置
1．理解门窗防盗报警装置、光控开关的工作原理。2.了解发光二极管、晶体三极管等电子元件的特性和用途。3.会用传感器设计电路实现简单的自动控制。
目录
1
典例探究 提升能力
明确原理 提炼方法
2
3
课后课时作业
明确原理 提炼方法
实验 　门窗防盗报警装置
一、实验目的
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
二、实验思路
可利用________在磁场中的特性实现上述功能。如图所示，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。
三、实验器材和装置
装置如图所示。主要器材有：干簧管SA、继电器、________________、电阻R、_________、电源、________、开关。
说明：采用干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器(虚线方框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示。
发光二极管LED
蜂鸣器H
小磁体
四、电路工作原理
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。
五、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，按照电路图所示连接电路。
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。
实验 　 光控开关
一、实验目的
设计光控开关电路，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。
二、实验思路
可利用__________实现上述功能，用发光二极管或小灯泡代表路灯。
光敏电阻
三、实验器材和装置
实验装置如图甲或乙所示。主要器材有：可调电阻R1、限流电阻R2、_____________、 ___________、发光二极管LED、继电器、小灯泡L、二极管D、电源。
光敏电阻RG
三极管VT
说明：(1)晶体三极管原理
晶体三极管具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。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(如图丙)。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。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
(2)为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，
如图乙所示。
四、电路工作原理
1．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放大电路实现控制。晶体三极管具有电流放大作用，可配合光敏电阻完成光控开关的任务。
2．如图甲，可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。
4．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。
3．图乙用小灯泡模仿路灯，小灯泡的功率比图乙中的发光二极管LED功率大得多，为了能够驱动更大功率的负载，就要使用继电器来启、闭另外的供电电路。为了防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管D，以提供自感电流释放的通路。
五、实验操作
1．按照图甲或图乙所示连接电路，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。
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。
典例探究 提升能力
2007年，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖。如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会大幅度减小。下列说法正确的是(　　)
A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，
该探测仪的灵敏度提高
B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，
该探测仪的灵敏度提高
C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
(1)图中电路的GMR和R部分将磁场的强弱转换为哪个电学量？
(2)加在三极管基极b上的电压怎样影响指示灯的亮灭？
(3)探测仪的灵敏度较高是指什么？
提示：转换为GMR与R的电压之比。
提示：加在三极管基极b上的电压较小(较大)时，三极管不导通(导通)，指示灯灭(亮)。
提示：是指磁场较弱、GMR阻值较大时，GMR与R的电压之比仍能处在使三极管导通与不导通的临界点上。
解析　如果存在磁铁矿，则巨磁电阻(GMR)阻值大幅度减小，流过巨磁电阻(GMR)和R电路的电流大幅度增大，由UR＝IR知，R两端电压增大，因此，巨磁电阻(GMR)两端电压减小，此时三极管VT导通，指示灯亮。要使该探测仪的灵敏度提高，即磁场较弱、GMR阻值较大时，三极管仍处在导通与不导通的临界点，由串联分压关系可知R应调大。故A、B、D错误，C正确。
1．三极管在传感器电路中的作用
如图所示，R1或R2是传感器，M是发光二极管或
蜂鸣器之类的指示器。
加在三极管基极b上的电压高低决定了三极管是
否导通，指示器是否工作。
2．传感器自动控制电路的设计技巧
(1)首先弄清电路要实现的功能。
(2)然后弄清传感器将非电学量转换为电学量的规律。
(3)最后根据各量的逻辑关系设计电路。
[跟进训练]　如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个______(填电路元件名称)接在干路上。
如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中，这时由于簧片被磁化，开关B接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。
开关
答案：如图所示
解析：房卡可以控制房间内的灯和插座，房卡不插入槽中，房间内所有的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。将开关B与电源E、线圈连成一个回路，将三个灯泡所在电路与交流电源接成回路，即按8—7、4—5、6—9、1—3、2—10连接起来，构成正常的电门卡电路，如图所示。
课后课时作业
1．如图为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时(　　)
A．光控开关自动闭合，声控开关自动闭合
B．光控开关自动断开，声控开关自动闭合
C．光控开关自动闭合，声控开关自动断开
D．光控开关自动断开，声控开关自动断开
解析：在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯亮了，说明无光照时光控开关自动闭合，有声音时声控开关自动闭合。白天有光照时，无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，是因为光控开关自动断开，声控开关自动闭合，电路是断开的，故选B。
2.如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是(　　)
A．电磁继电器与发电机工作原理相同
B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C．电磁铁工作时，上端为S极
D．当有人闯入保密室时，b灯亮
解析：电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理工作的，A错误；电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈的匝数及有无铁芯等有关，B错误；由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，C错误；当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，D正确。
3.(多选)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图如图所示。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，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(　　)
A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的
B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的
C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min
D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻RL相比，应满足R RL
解析：按钮开关K按下前，延时开关S断开，有电流通过发光二极管，故发光二极管是发光的，A错误，B正确。按下按钮开关K后，延时开关S闭合，发光二极管和电阻R被短路，电灯L发光，再释放K，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光约1 min，C正确。由于R为限流电阻，发光二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证K按下前电灯不发光，故应满足R RL，D正确。
4．在光控电路实验中，某同学按如图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，LED灯不发光，原因不可能是(　　)
A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒
C．R1阻值太小 D．LED灯断路
解析：由题可知，若二极管两极接反，光线暗时，二极管加负向电压，无法导通，LED灯不亮，A可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，加在三极管基极b上的电压较小，三极管不导通，LED灯不发光，B可能；若R1阻值太小，则加在三极管基极b上的电压一直很高，三极管一直导通，LED灯一直发光，C不可能；LED灯断路时无法发光，D可能。本题选不可能的，故选C。
5．某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：闭合开关后，正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整，请完成以下问题：
(1)图中的甲元件是_____；
A．二极管
B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)
D．PTC热敏电阻(阻值随温度升高而增大)
C
(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往______移动一点。
右
解析：(1)根据要求，正常情况绿灯亮，即正常情况绿灯所在电路接通，衔铁未被吸下，电磁铁磁性较弱，左侧电路电流较小，甲元件阻值较大；有险情时，温度升高，电铃报警，此时衔铁被吸下，电磁铁磁性较强，左侧电路电流较大，甲元件阻值较小，所以图中的甲元件是NTC热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，故选C。
(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，则是在热敏电阻的阻值比较小的时候才报警，说明滑动变阻器接入电路的阻值偏大。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器接入电路的阻值小一些，则需要将滑片往右移动一点。
6．某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为______ Ω。
答案:如图所示
318
(3)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，现将控制电路中的电源换成硅光电池，用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U I曲线(如图丙)。不改变滑片的位置，当货架承受的压力逐渐增加时，该硅光电池的内阻将______，内电路上消耗的功率将______。(以上两空均填“增大”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”)
(4)若控制电路中的电源换成硅光电池，其U I图像仍如图丙，不改变滑片的位置，即如(2)中数值，现测得硅光电池两端电压为5.4 V，则货架上承受的压力为______ N。
增大
增大
90
解析：(1)将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将压敏电阻R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路，连接电路如图所示。
7．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管(当φe－φb≥0.2 V时，c、e间的电阻R可忽略不计，当φe－φb<0.2 V时，R可视为无穷大)，b点的电势由R1与R2的比值决定，R1、R2中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果，请回答下列问题：
(1)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路；
答案:如图所示
(2)R1是___________(选填“光敏电阻”或“定值电阻”)。
光敏电阻
解析：(1)根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，为了用电安全，开关应接在火线上。画导线时要避免交叉，电路图如图所示。
(2)为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁线圈通电，φe－φb≥0.2 V，由串联电路分压规律可知，与夜晚相比，R1变小或R2变大，而由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，白天时光敏电阻阻值变小，所以R1是光敏电阻。
8．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧继电器、开关、电源按如图甲所示电路连接，制成光电报警装置。当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。
①光敏电阻：光敏电阻受光照射时，阻值会变小。
②干簧继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示。
试说明光电报警器的工作原理。
答案:见解析
解析：当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，线圈中的电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声；反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声。

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