资源简介

5.3　课时2　光控开关
【学习目标】
1.通过任务1及其活动,知道光控电路中需要的元件,理解三极管的工作原理。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,知道光控电路的工作原理,会分析判断各元件在电路中起到的作用。(物理观念、科学思维)
3.通过任务3及其活动,学会组装光控开关,培养设计、制作和应用传感器的能力。(科学思维、科学探究)
【合作探究·提素养】
任务1　实验器材和装置
如图所示,光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。怎样能够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 我们可以利用光敏电阻等一些器材设计一个电路来完成这一任务。
1.光敏电阻能将什么非电学量转换为什么电学量

2.三极管有哪几个电极



3.设计光控电路为什么需要三极管



4.为什么实际应用的电路中还需要继电器



1.光敏电阻能将①　　　　这个光学量转换为②　　　　这个电学量。
2. 三极管由三个电极组成,分别是发射极e、③　　　　和④　　　　。三极管的一个重要特性就是,从⑤　　　　输入一个较小的电流,就会在⑥　　　　获得较大的电流。并且,三极管还具有完成断路和接通的⑦　　　　作用。
3.实验所需要的器材:可调电阻、限流电阻、⑧　　　　、⑨　　　　、发光二极管、　　　　、灯泡、二极管、电源及导线等。
应用　光控传感器的应用
有的楼道照明灯具有这样的功能:天黑到一定程度时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应,在这种楼道照明灯的控制电路中,可能接入的传感器是 ( )
A.温度传感器和光传感器
B.光传感器和声音传感器
C.声音传感器和热传感器
D.热传感器和力传感器
任务2　电路工作原理
下图是光控电路图,阅读课本“电路工作原理”部分的内容,思考回答下列问题:
1.当光照较强时,RG的阻值较大还是较小 三极管基极b与发射极e之间的电压较大还是较小 此时灯泡是否发光



2.当光照较弱时,RG的阻值是较大还是较小 三极管基极b与发射极e之间的电压较大还是较小 此时灯泡是否发光


3.二极管D在电路中起什么作用




　　电路工作原理:当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值　　　　,三极管　　　　,继电器处于　　　　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　　　　,三极管　　　　,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,从而驱动继电器　　　　而点亮小灯泡L。
应用　设计光控电路
已知光敏电阻随入射光的增强,其电阻值减小,某同学设计了一个路灯自动控制电路,请在图中用笔画线补充连接图中器材。
任务3　实验操作
对照实验原理与实验电路图,阅读课本“实验操作”部分,回答下列问题。
1.如果需要天色更暗时三极管才导通,需要调节可调电阻R1变大还是变小


2.三极管的发射极e应该接电势高的位置还是电势低的位置


3.二极管的正极接电势高的位置还是电势低的位置


　　实验操作步骤:
(1)按照实验电路图连接电路,　　　　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　　　　使小灯泡L刚好不发光。
(3)遮挡RG,当光照减弱到某种程度时,观察到小灯泡L　　　　。
(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,观察到小灯泡L　　　　。
动手进行实验
分组进行实验操作。注意电路的连接与实验现象的观察,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。
【随堂检测·精评价】
1.(任务1、2)(多选)应用光敏电阻设计的光控自动照明电路实验中,下列说法正确的是 ( )
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保护三极管
D.实验中三极管的作用是放大电流
2.(任务1、2)一个基本逻辑电路如图所示。声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成一个自动控制电路。该电路的功能是在白天无论声音多么响,小灯泡都不会亮,在晚上,只要有一定的声音,小灯泡就亮。这种电路现广泛使用于公共楼梯间,该电路虚线框N中使用的是门电路。则下列说法正确的是 ( )
A.R2为光敏电阻,N为“或”门电路
B.R2为光敏电阻,N为“与”门电路
C.R2为热敏电阻,N为“或”门电路
D.R2为热敏电阻,N为“非”门电路
3.(任务2、3)(多选)光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭,如图所示,是利用光敏电阻和晶体三极管制作的光控开关的原理电路图。当天色逐渐变暗时,LED灯自动点亮,下列说法正确的是 ( )
A.光敏电阻RG逐渐变小
B.光敏电阻RG的电压变小
C.晶体三极管被导通
D.如果想要在更暗的时候LED灯被点亮,应将R1调大一点
4.(任务3)某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。
(1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量,单位为坎德拉(cd)。光敏电阻阻值随光强变化的图线如图1所示,由此可得到的结论是: 。
(2)如图2为电磁继电器的构造示意图,其中L为含有铁芯的线圈,P为可绕O点转动的衔铁,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。工作时,应将　　　　(选填“A、B”或“C、D”)接照明电路。
(3)请在图3中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接。
图3
(4)已知电源电动势为3 V,内阻很小,电磁铁线圈电阻R0=20.0 Ω,电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时,照明电路恰好接通,则图3中定值电阻R=　　　　　　Ω。
参考答案
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.光照越强,光敏电阻的阻值越小,所以它能将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2.三极管由三个电极组成,分别是发射极e、基极b和集电极c。
3.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。而三极管的一个重要特性就是,从基极b输入一个较小的电流,就会在集电极c获得较大的电流。并且,三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
4.实际上三极管工作电流也不很大,无法满足更大功率的负载,所以要使用继电器来启、闭另外的供电电路。
知识生成　①光照强弱　②电阻　③基极b　④集电极c　⑤基极b　⑥集电极c　⑦开关　⑧光敏电阻　⑨三极管　继电器
应用探究
例1　B　【解析】楼道照明灯工作原理为:天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应。则可知,应接入光传感器和声音传感器,B项正确。
任务2
问题引领
1.当光照较强时,RG的阻值较小,三极管基极b与发射极e之间的电压较小,此时三极管不导通,继电器所在的回路相当于断路,灯泡不亮。
2.当光照较弱时,RG的阻值较大,三极管基极b与发射极e之间的电压较大,此时三极管会导通,驱动继电器吸合而点亮小灯泡L。
3.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,以提供自感电流释放的通路。
知识生成　很小　不导通　常开　大　导通
吸合
应用探究
例2　【解答】如图所示。
任务3
问题引领
1.可调电阻R1更大,则RG的阻值需要更大才能达到所需要的电压,所以如果需要天色更暗时三极管才导通,需要调节可调电阻R1变大。
2.接电势低的位置。
3.电势高的位置。
知识生成　检查无误　电阻R1　发光　熄灭
随堂检测·精评价
1.BCD　【解析】由光敏电阻的特性可知A项错误,B项正确;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,以提供自感电流释放的通路,C项正确;三极管的作用是放大电流,D项正确。
2.B　【解析】路灯需要在“有声音”和“弱光照”两个条件下才会工作,所以R2应为光敏电阻,N应为“与门”,B项正确。
3.CD　【解析】由光敏电阻的特性可知,光照越暗,电阻越大,所以光敏电阻的分压就越大,这时晶体三极管被导通,想要在更暗的时候接通LED灯的开关,这时光敏电阻就要更大,R1电阻也必须变大,C、D两项正确。
4.(1)随着光照强度的增加,光敏电阻的阻值迅速下降,进一步增大光照强度,电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓　(2)C、D　(3)见解析　(4)22
【解析】(1)由图像可得到的结论是:随着光照强度的增加,光敏电阻的阻值迅速下降,进一步增大光照强度,电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓。
(2)由电磁继电器的工作原理可知,电磁铁连接的是控制电路,衔铁连通的是工作电路,故工作时,应将“C、D”接照明电路。
(3)如图所示。
(4)由图(1)所示图线可知,2 cd对应的光敏电阻阻值R光敏=18 Ω,由闭合电路欧姆定律可知I=,代入数据解得R=22 Ω。

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