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教案設(shè)計

這是一份高中物理人教版 (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教案設(shè)計，共5頁。教案主要包含了教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)重點，教學(xué)難點，教學(xué)過程，鞏固練習(xí)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識與技能
1．知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。
2．會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。
二、過程與方法
通過實驗培養(yǎng)動手能力，體會傳感器在實際中的應(yīng)用。
三、情感、態(tài)度與價值觀
在實驗中通過動手組裝和調(diào)試，增強(qiáng)理論聯(lián)系實際的意識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。
【教學(xué)重點】
門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)的工作原理。
【教學(xué)難點】
根據(jù)已知的傳感器設(shè)計門窗防盜報警裝置和光控開關(guān)的電路。
【教學(xué)過程】
一、器材介紹
1．二極管：單向?qū)щ娦?，在正向電壓作用下電阻很小，處于?dǎo)通狀態(tài)；在反向電壓作用下電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)。
2．三極管：全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。
3．電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。
二、門窗防盜報警裝置
1．目標(biāo)效果：當(dāng)門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。
師生共同分析現(xiàn)象的實質(zhì)：
靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠(yuǎn)離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報，指示燈滅。
讓學(xué)生根據(jù)實質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇使用干簧管。
2．實驗器材和裝置
（1）實驗電路圖
（2）實驗器材
（3）電路工作原理
閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。
當(dāng)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(dāng)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。
學(xué)生根據(jù)實驗操作進(jìn)行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起分析實驗失敗的原因。
3．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，按照電路圖所示連接電路。
（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。
三、光控開關(guān)
1．目標(biāo)效果：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。
師生共同分析現(xiàn)象的實質(zhì)：
光照弱，路燈開啟；光照強(qiáng)，路燈熄滅。
讓學(xué)生根據(jù)實質(zhì)選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇使用光敏電阻。
教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，需要放大電路。
結(jié)合課前器材介紹，電路中需要增加三極管。
2．實驗器材和裝置
（1）實驗電路圖
若想采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器（K）來啟、閉另外的供電電路。
（2）實驗器材
（3）電路工作原理
當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時，光敏電阻RG的阻值很小，三極管不導(dǎo)通，發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)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。
當(dāng)環(huán)境光比較弱時，光敏電阻RG的阻值變大，三極管導(dǎo)通，且獲得足夠的基極電流，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。
學(xué)生根據(jù)實驗操作進(jìn)行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起分析實驗失敗的原因。
3．實驗操作
（1）按照電路圖連接電路，檢查無誤后，接通電源。
（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)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(dāng)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(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
【鞏固練習(xí)】
1．某同學(xué)設(shè)計了一個加速度計，如圖所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，當(dāng)P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn)。
將框架固定在運動的物體上，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度??時，電壓表的指針將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？簡述你分析的過程。
2．雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬貼合在一起制成的。當(dāng)它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發(fā)生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動器里就有一個雙金屬溫度傳感器。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣的玻璃泡內(nèi)，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構(gòu)成一對觸點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。
敲碎氖泡的玻璃，調(diào)節(jié)兩觸點之間的距離，使溫度升高到60℃時兩觸點恰好接通。請你利用這個雙金屬溫度傳感器，設(shè)計一個電熱水器自動加熱的控制方案。當(dāng)水溫低于60℃時自動通電加熱，高于60℃時自動斷電。
3．工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設(shè)備來避免事故發(fā)生的。如圖所示為光控繼電器的示意圖，它由電源、光電二極管（當(dāng)有光照射時，二極管導(dǎo)通；沒有光照時，二極管截止。）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關(guān)，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。請簡述光控繼電器的原理。
4．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程。