5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课件 人教版高中物理选修二.pptx
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1、人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二5.3 5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置利用传感器制作简单的自动控制装置人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二人教版高中物理选修二目录新知导入第 一 部 分新知探究第 二 部 分新知应用第 三 部 分课堂小结第 四 部 分新知巩固第 五 部 分生活中的传感器生活中的传感器光感传感器光感传感器水质水质PHPH传感器传感器紫外线传感器紫外线传感器仿生传感器仿生传感器磁光效应传感器磁光效应传感器新知导入新知导入盒子里面有什么装置?盒子里面有什么装置?原理原理:当磁铁靠近干簧管时,两个簧片被磁化当磁铁靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接
2、通,所以干簧管能起到而接通,所以干簧管能起到开关开关的作用!的作用!实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置新知探究新知探究实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置新知探究新知探究1.目标效果: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。靠近,蜂鸣器不响,指示灯亮;远离,蜂鸣器发出声音警报,指示灯灭。干簧管干簧管实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置新知探究新知探究2.实验器材和装置(1)实验电路图(2)实验器材实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置表表1 1 基本元件及参数基本元件及参数新知探究新知探究3.电路工作原理 当门窗
3、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。闭合电路开关S,系统处于防盗状态。实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置新知探究新知探究4.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。
4、实验实验1、门窗防盗报警装置、门窗防盗报警装置新知探究新知探究【例题例题1 1】如图所示如图所示,某小型电磁继电器某小型电磁继电器,其中其中L L为含铁芯的线圈。为含铁芯的线圈。P P为可绕为可绕O O点转点转动的铁片动的铁片,K,K为弹簧为弹簧,S,S为一对触头为一对触头,A,A、B B、C C、D D为四个接线柱。电磁继电器与传为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合感器配合,可完成自动控制的要求可完成自动控制的要求,其工作方式是其工作方式是()A.AA.A与与B B接信号电压接信号电压,C,C与与D D跟被控电路串联跟被控电路串联B.AB.A与与B B接信号电压接信号电压,C,C与与D D跟
5、被控电路并联跟被控电路并联C.CC.C与与D D接信号电压接信号电压,A,A与与B B跟被控电路串联跟被控电路串联D.CD.C与与D D接信号电压接信号电压,A,A与与B B跟被控电路并联跟被控电路并联 A A、B B接电磁继电器的线圈接电磁继电器的线圈,所以所以A A、B B应接信号电压应接信号电压,线圈电流随信号电线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使从而使C C、D D接通或断开接通或断开,进而起到控制作进而起到控制作用用,故正确选项为故正确选项为A A。A A解析:解析:新知应用新知应用 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
6、暗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到一定程度时让路灯自动开启,而在天明时自动熄灭?新知探究新知探究1.1.实验实验目的目的光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。2.2.实验实验器材器材三极管三极管:作为放大电流,以及控制电路通断的作用作为放大电流,以及控制电路通断的作用R RG G:光敏电阻:光敏电阻二极管:模仿路灯二极管:模仿路灯三极管电路符号及实物图三极管电路符号及实物图可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极可调电阻、限流电阻、光敏电阻、暗电阻、亮电阻、三极管、
7、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源管、发光二极管、继电器、小灯泡、二极管、电源光敏电阻光敏电阻新知探究新知探究三极管电路符号及实物图三极管电路符号及实物图表表2 2 基本元件及参数基本元件及参数新知探究新知探究3.3.实验实验原理原理 当当环境的环境的光比较强光比较强时时,光敏电阻光敏电阻R RG G的阻值很小的阻值很小,三极管不导通三极管不导通,发光二极发光二极管或继电器所在的回路相当于断路管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作即发光二极管不工作;继电器处于常开状继电器处于常开状态态,小灯泡小灯泡L L不亮不亮。实验原理图实验原理图 当当环境的环境的光比较弱时光比较弱时,光
8、敏电阻光敏电阻R RG G的阻值变大的阻值变大,三极管导通三极管导通,且获得足够且获得足够的基极电流的基极电流,产生较大的集电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发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡点亮小灯泡L L。强光强光RG很小很小三极管不导通三极管不导通小灯泡不亮。小灯泡不亮。弱光弱光RG很大很大三极管有大电流三极管有大电流小灯泡亮。小灯泡亮。新知探究新知探究4.4.实验实验操作及实验现象操作及实验现象(1 1)按照图所示连接电路,检查无误后,接通电源)按照图所示连接电路,检查无误后,接通电源。(2 2)让光敏电阻)让光敏电阻R RG G受到白天较强的自然光
9、照射,调节电阻受到白天较强的自然光照射,调节电阻R R1 1使发光二极管使发光二极管LEDLED或小灯泡或小灯泡L L刚好不发光刚好不发光。(3 3)遮挡)遮挡R RG G,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管LEDLED或小灯泡或小灯泡L L发发光光。(4 4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管LEDLED或小灯泡或小灯泡L L熄灭。熄灭。新知探究新知探究思考与讨论1、要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些还是调小些?为什么?应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输
10、入端A电压达到某个值(如1.6V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗。2、用白炽灯模仿路灯,为何要用到继电器?由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用继电器来启闭工作电路新知探究新知探究电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理 当线圈当线圈 A中通电时,铁芯中产中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁生磁场,吸引衔铁B向下运动,从向下运动,从而带动动触点而带动动触点D向下与向下与E接触,将接触,将工作电路接通,当线圈工作电路接通,当线圈A中电流为中电流为零时,电磁铁失去磁性,衔铁零时,电磁铁失去磁性,衔铁B在在弹簧作用下拉起,带动触点弹簧作用下拉起,带动触点D与与E分离,自
11、动切断工作电路分离,自动切断工作电路新知探究新知探究【例题例题2 2】光敏电阻在各种自动化装置中光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,其中就可用于街道路灯的自有很多应用,其中就可用于街道路灯的自动控制开关,如图所示为模拟电路,其中动控制开关,如图所示为模拟电路,其中A为光敏电阻,为光敏电阻,B为电磁继电器,为电磁继电器,C为照明为照明电路,电路,D为路灯,请连成正确的电路,达为路灯,请连成正确的电路,达到日出灯熄,日落灯亮的效果到日出灯熄,日落灯亮的效果当天亮时,光敏电阻减小,控当天亮时,光敏电阻减小,控制回路电流增大,电磁继电器制回路电流增大,电磁继电器B工作,触点断开,路灯熄灭工作,触点断
12、开,路灯熄灭夜晚降临,光敏电阻增大控夜晚降临,光敏电阻增大控制回路电流减小,触点接通,制回路电流减小,触点接通,路灯点亮路灯点亮 新知应用新知应用控制电路的工作原理控制电路的工作原理 天较亮时,光敏电阻天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端电势较低,则输出端Y输输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触电阻增大,斯密特触发器输入端发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通由高
13、电平突然跳到低电平,有电流通过线圈过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天明后,使路灯自动开启;天明后,RG阻值减小,斯阻值减小,斯密特触发器输入端密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一电势逐渐降低,降到一定值,输出端定值,输出端 Y突然由低电平跳到高电平,突然由低电平跳到高电平,则线圈则线圈A不再有电流,则电磁继电器自动切不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭断工作电路的电源,路灯熄灭新知探究新知探究(1)按照图所示连接电路,检查无误后,接通电源。)按照图所示连接电路,检查无误后,接通电源。(2)让光敏电阻)让光敏电阻RG受到
14、白天较强的自然光照射,调受到白天较强的自然光照射,调节电阻节电阻R1使发光二极管使发光二极管LED或小灯泡或小灯泡L刚好不发光。刚好不发光。(3)遮挡)遮挡RG,当光照减弱到某种程度时,就会看到,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管发光二极管LED或小灯泡或小灯泡L发光。发光。(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管二极管LED或小灯泡或小灯泡L熄灭。熄灭。实验操作实验操作新知探究新知探究新知探究新知探究【例题例题3 3】如图为烟雾散射式火灾如图为烟雾散射式火灾报警器,它主要由带孔的外罩,报警器,它主要由带孔的外罩,发光二极管发光二极
15、管LED、光电三极管及、光电三极管及不透明的挡板组成,请简述它的不透明的挡板组成,请简述它的工作原理工作原理有烟有烟雾时雾时无烟无烟雾时雾时挡板挡板遮挡遮挡收不收不到光到光高电阻高电阻光线光线散射散射光线照射光线照射到三极管到三极管电阻变小电阻变小传感器检传感器检测到变化测到变化报警报警新知探究新知探究新知探究新知探究实验实验3、温度传感器的应用温度传感器的应用1 1 电熨斗电熨斗 新知探究新知探究原理原理:热胀冷缩热胀冷缩 常温下两触点分离。温度升高,两种金属常温下两触点分离。温度升高,两种金属膨胀性能不同,双金属片形状发生变化,使触点膨胀性能不同,双金属片形状发生变化,使触点接触。接触。新
16、知探究新知探究原因:双金属片原因:双金属片铜的膨胀系数大于铁铜的膨胀系数大于铁新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究新知探究【例题例题4 4】如图所示是如图所示是自动调温自动调温式电熨斗,式电熨斗,下列说法正确的是下列说法正确的是()A常温时上下触点是接触的常温时上下触点是接触的B双金属片温度升高时,上金属片形变较双金属片温度升高时,上金属片形变较大,双金属片将向下弯曲大,双金属片将向下弯曲C原来温度控制在原来温度控制在80 断开电源,现要求断开电源,现要求60 断开电源,应使调温旋钮下移一些断开电源,应使调温旋钮下移一些D由熨烫丝绸衣物状态转
17、化为熨烫棉麻衣由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态,应使调温旋钮下移一些物状态,应使调温旋钮下移一些切断温度要升高则应切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些使调温旋钮下移一些新知应用新知应用回顾在家煮饭的过程?回顾在家煮饭的过程?新知探究新知探究1 温度传感器的主要元件是什么?温度传感器的主要元件是什么?感温铁氧体感温铁氧体 2 感温铁氧体的组成物质是什么?感温铁氧体的组成物质是什么?氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成 3 感温铁氧体有何特点?什么是感温铁氧体有何特点?什么是“居里点居里点”?常温下具有铁磁性,能够被磁体吸引,温度达到常温下具有铁磁性
18、,能够被磁体吸引,温度达到103,失去铁磁性失去铁磁性 居里点,又称居里温度,即指居里点,又称居里温度,即指103。实验实验3、温度传感器的应用温度传感器的应用2 2 电饭锅电饭锅思考与讨论思考与讨论:新知探究新知探究电饭锅的构造电饭锅的构造新知探究新知探究新知探究新知探究1 开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按钮不再恢复到图示状态。按钮不再恢复到图示状态。2 水沸腾后,锅内大致保持水沸腾后,锅内大致保持100不变。不变。3 饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度
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