高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置精品ppt課件

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5.3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置
人教版高中物理選修二
目錄
生活中的傳感器
光感傳感器
水質PH傳感器
紫外線傳感器
仿生傳感器
磁光效應傳感器
新知導入
盒子里面有什么裝置？
原理： 當磁鐵靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關的作用！
實驗1、門窗防盜報警裝置
新知探究
實驗1、門窗防盜報警裝置
新知探究
1.目標效果：當門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。
靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。
實驗1、門窗防盜報警裝置
新知探究
2.實驗器材和裝置
（1）實驗電路圖
（2）實驗器材
實驗1、門窗防盜報警裝置
表1 基本元件及參數(shù)
新知探究
3.電路工作原理
當門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。
當門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。
閉合電路開關S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。
實驗1、門窗防盜報警裝置
新知探究
4.實驗操作
（1）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象。
實驗1、門窗防盜報警裝置
新知探究
【例題1】如圖所示,某小型電磁繼電器,其中L為含鐵芯的線圈。P為可繞O點轉動的鐵片,K為彈簧,S為一對觸頭,A、B、C、D為四個接線柱。電磁繼電器與傳感器配合,可完成自動控制的要求,其工作方式是(　　)A.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)B.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路并聯(lián)C.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路并聯(lián)
A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應接信號電壓,線圈電流隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放,從而使C、D接通或斷開,進而起到控制作用,故正確選項為A。
A
解析：
新知應用
光控路燈可以根據光照的變化自動開啟或關閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅?
新知探究
1.實驗目的
光控路燈可以根據光照的變化自動開啟或關閉。
2.實驗器材
三極管:
作為放大電流，以及控制電路通斷的作用
RG：光敏電阻
二極管：模仿路燈
可調電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源
新知探究
表2 基本元件及參數(shù)
新知探究
3.實驗原理
當環(huán)境的光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。
實驗原理圖
當環(huán)境的光比較弱時,光敏電阻RG的阻值變大,三極管導通,且獲得足夠的基極電流,產生較大的集電極電流,點亮發(fā)光二極管或驅動繼電器吸合而點亮小燈泡L。
強光→RG很小→三極管不導通→小燈泡不亮。
弱光→RG很大→三極管有大電流→小燈泡亮。
新知探究
4.實驗操作及實驗現(xiàn)象
（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射，調節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
新知探究
思考與討論
1、要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些還是調小些？為什么？ 應該把R1的阻值調大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達到某個值（如1.6V），就需要RG的阻值達到更大，即天色更暗。2、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？ 由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路．
新知探究
電磁繼電器的工作原理
當線圈 A中通電時，鐵芯中產生磁場，吸引銜鐵B向下運動，從而帶動動觸點D向下與E接觸，將工作電路接通，當線圈A中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點D與E分離，自動切斷工作電路．
新知探究
【例題2】光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關，如圖所示為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達到日出燈熄，日落燈亮的效果．
當天亮時，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點斷開，路燈熄滅
夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點接通，路燈點亮．
新知應用
控制電路的工作原理
天較亮時，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端 Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．
新知探究
（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射，調節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當光照減弱到某種程度時，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
實驗操作
新知探究
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【例題3】如圖為煙霧散射式火災報警器，它主要由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理．
有煙霧時
無煙霧時
新知探究
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實驗3、溫度傳感器的應用1 電熨斗
新知探究
原理:熱脹冷縮 常溫下兩觸點分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點接觸。
1.雙金屬片溫度傳感器
新知探究
原因：雙金屬片
銅的膨脹系數(shù)大于鐵
新知探究
1.雙金屬片溫度傳感器
新知探究
新知探究
2.雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應用
新知探究
思考與討論：①常溫下，上、下觸點應是接觸的還是分離的？當溫度過高時，雙金屬片將怎樣起作用？
答：常溫下，上、下觸點應是接觸的，但溫度過高時，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進行，起到自動控制溫度的作用．
新知探究
思考與討論：②熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，這是如何使用調溫旋鈕來實現(xiàn)的？
答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設定不同的溫度，此時可通過調溫旋鈕調節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點接觸的難易，達到控制在不同溫度的目的．
新知探究
【例題4】如圖所示是自動調溫式電熨斗，下列說法正確的是(　　)A．常溫時上下觸點是接觸的B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80 ℃斷開電源，現(xiàn)要求60 ℃斷開電源，應使調溫旋鈕下移一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調溫旋鈕下移一些
切斷溫度要升高則應使調溫旋鈕下移一些
新知應用
回顧在家煮飯的過程？
新知探究
1 溫度傳感器的主要元件是什么？
感溫鐵氧體
2 感溫鐵氧體的組成物質是什么？
氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結而成
3 感溫鐵氧體有何特點？什么是“居里點”？
常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達到103℃，失去鐵磁性．
居里點，又稱居里溫度，即指103℃。
實驗3、溫度傳感器的應用2 電飯鍋
思考與討論:
新知探究
電飯鍋的構造
新知探究
新知探究
1 開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態(tài)。
2 水沸騰后，鍋內大致保持100℃不變。
3 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．
思考與討論:
4 如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內保持100℃不變，溫度低于“居里點103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。
新知探究
1.連貫地敘述電飯鍋的工作過程 ?
開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復到圖示狀態(tài)，則觸點接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至“居里點103℃”時，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點分離，切斷電源，從而停止加熱．
新知探究
新知探究
【例題5】如圖是電飯鍋的結構圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃時，下列說法中正確的是(　　)A．常溫下感溫磁體具有較強的磁性B．當溫度超過103 ℃時，感溫磁體的磁性較強C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103 ℃，這時開關按鈕會跳起D．常壓下只要鍋內有水，鍋內的溫度就不可能達到103 ℃，開關按鈕就不會自動跳起
新知應用
課堂小結
1、如圖甲為一種家用門磁防盜報警器，由磁條和主機組成，門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖。安裝時，將磁條固定在門上，主機安裝在與其等高的門框邊緣，門關上時，兩者剛好靠近在一起。當主機開關閉合時，若門被打開，磁條與主機分離，主機內的觸發(fā)器就會工作，帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關說法正確的是（ ）A.觸發(fā)器內是一個開關，當主機與磁條靠近時，開關是斷開的 B. 觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調后，該報警器不能正常工作 D. 本裝置是利用電流的磁效應工作的
A
新知鞏固
2、如圖所示是溫度自動報警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點、4是水銀溫度計(水銀導電).則下列說法正確的是( )A.溫度高于警戒溫度時，電鈴不報警、指示燈亮B.溫度低于警戒溫度時，電鈴報警、指示燈熄滅C.溫度高于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴報警D.溫度低于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴不報警
D
新知鞏固
溫度低于警戒溫度時，水銀柱下降，控制電路處于開路狀態(tài)，電磁鐵線圈中沒有電流通過，電磁鐵沒有磁性，此時指示燈通過常閉觸點與工作電路接通，指示燈亮，電鈴不報警，故B錯誤，D正確；溫度高于警戒溫度時，水銀柱上升，控制電路處于接通狀態(tài)，電磁鐵線圈中有電流通過，電磁鐵有磁性，此時電鈴通過觸點3與工作電路接通，電鈴報警，此時指示燈所在的電路中沒有電流，指示燈不亮，故A、C錯誤。
解析：
新知鞏固
3、如圖所示為某會議廳安裝的火災報警系統(tǒng)的原理圖，裝置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住，罩內的發(fā)光二極管和光電三極管用一不透明的擋板隔開，沒有險情時光電三極管不能收到發(fā)光二極管所發(fā)出的光，此時光電三極管的電阻較高。則下列說法正確的是( ) A.當會議廳發(fā)生火災時，罩內的煙霧對光有散射作用，散射的光照射到光電三極管上使其電阻變小而報警B.當會議廳發(fā)生火災時，進入罩內的煙霧擋住了光線，使得光電三極管的電阻變大而報警C.當會議廳發(fā)生火災時，光電三極管的溫度升高，使得光電三極管的電阻變小而報警D.當會議廳發(fā)生火災時，由于環(huán)境氣體的濃度變大而報警
A
新知鞏固
沒有險情時，光電三極管接收不到發(fā)光二極管發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當有煙霧時，光發(fā)生散射，有光照射到光電三極管上時，其電阻變小，所連接的電路接通，就會發(fā)出警報，A正確。
解析：
新知鞏固
1．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，出現(xiàn)聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應．它的控制電路中可能接入的傳感器是( ? )A．溫度傳感器和光電傳感器B．光電傳感器和聲音傳感器C．聲音傳感器和熱電傳感器D．溫度傳感器和熱電傳感器
B
新知鞏固
2．下列有關傳感器的說法中正確的是（　　）A．火災報警器利用了溫度傳感器B．日光燈啟動器是利用了光傳感器C．電子秤稱量物體重力利用了力傳感器D．霍爾元件是能夠把電壓轉換為磁感應強度的一種磁傳感器
C
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3．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，出現(xiàn)聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反應，它的控制電路中可能接入的傳感器是（　?。贉囟葌鞲衅鳌、诠鈧鞲衅鳌、勐曇魝鞲衅鳌、芰鞲衅鰽．①② B．②③ C．③④ D．②④
B
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4．下圖中關于傳感器的應用，說法正確的是（　?。〢．干簧管是利用電磁感應的原理控制電路的通斷的B．機器人“眼睛”利用了光傳感器C．紅外測溫槍向人體發(fā)射紅外線，從而測量人體溫度D．火災報警器是通過感知溫度觸發(fā)報警的
B
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5．數(shù)碼相機的普及使傳統(tǒng)膠片相機逐漸被淘汰。數(shù)碼相機的主要部件是電荷耦合器（CCD），能將光學量轉化為電學量。該部件可視為（　　）A．力傳感器 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．霍爾元件
C
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6．傳感器在日常生活中有著廣泛的應用，它的種類多種多樣，其性能也各不相同。以下有關傳感器的說法正確的是（??? ）A．辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開關，這是光傳感器的應用B．非觸摸式自動水龍頭（自動感應水龍頭）應用的傳感器是壓力傳感器C．空調機在室內溫度達到設定的溫度后，會自動停止工作，空調機內實現(xiàn)這一功能的傳感器是溫度傳感器D．調溫型電熨斗能自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，能控制電路的通斷
ACD
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7．智能手機屏幕的光線過強會對眼睛有害，因此手機都有一項可以調節(jié)亮度的功能，該功能既可以自動調節(jié)，也可以手動調節(jié)。某興趣小組為了模擬該功能，設計了如圖所示的電路。已知光敏電阻在光照增強時，電阻會減小。閉合開關，下列正確的是（　?。〢．僅光照變強，小燈泡變暗 B．僅光照變弱，小燈泡變暗C．僅將滑片向a端滑動，小燈泡變亮 D．僅將滑片向b端滑動，小燈泡變亮
BC
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8．計算機光驅的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時，激光頭利用光敏電阻自動計數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計算機顯示出相應信息。光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖如右下圖所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是（　　）A．當有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當有光照射R1時，處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次
AD
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9．如圖所示，用小燈泡模仿光控電路，A、Y之間為斯密特觸發(fā)器，RG為光敏電阻，R1為可變電阻；J為繼電器的線圈，Ja為它的常開觸點，下列說法正確的是（　 ?。〢．天色變暗時，A端輸入高電平，繼電器吸引Ja，路燈點亮B．要想在天色更暗時，路燈才會點亮，應把R1的阻值調大些C．要想在天色更暗時路燈才會點亮，應把R1的阻值調小些D．二極管的作用是繼電器釋放Ja時提供自感電流的通路，防止損壞集成電路
ABD
新知鞏固
太陽能熱水器中的有哪些傳感器，如何實現(xiàn)的自動上水功能？
新知鞏固
課程結束
人教版高中物理選修二