高中物理 6.3 实验 传感器的应用学案 新人教版选修32.doc

实验 传感器的应用目标定位1.理解光控开关、温度报警器的工作原理.2.理解光控开关、温度报警器的灵敏度调节原理.3.会用传感器制作简单的自动控制设备1斯密特触发器：当输入端电压上升到某一值(1.6 v)时，输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25 v)，当输入端电压下降到某一值(0.8 v)时，输出端会从低电平跳到高电平(3.4 v)2普通二极管：具有单向导电性3发光二极管：具有单向导电性，同时还能发光4光控开关的工作原理(如图1所示)图1甲图：白天，光强度较大，光敏电阻rg阻值较小，加在斯密特触发器输入端a的电压较低，则输出端y输出高电平，发光二极管led不导通；当天色暗到一定程度时，rg阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端a的电压上升到1.6 v，输出端y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led导通发光(相当于路灯亮了)，天明后，rg阻值减小，斯密特触发器输入端a电势逐渐降低，降到0.8 v时，输出端y突然由低电平跳到高电平，二极管led熄灭这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的乙图：控制电路原理：天较亮时，光敏电阻rg阻值较小，斯密特触发器输入端a电压较低，则输出端y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rg电阻增大，斯密特触发器输入端a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，有电流通过线圈，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，rg阻值减小，斯密特触发器输入端a电势逐渐降低，降到一定值，输出端y突然由低电平跳到高电平，则线圈中不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭一、光控开关电路分析1斯密特触发器实质是一个具有特殊功能的非门，当a端电势高于1.6 v时，y端会输出0.25 v的低电势，当a端电势低于0.8 v时，y端会输出3.4 v的高电势2电路分析(1)电磁继电器的工作原理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另外的供电电路如图2所示，图中虚线框内即为电磁继电器j，d为动触点，e为静触点当线圈a中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁b向下运动，从而带动动触点d向下与静触点e接触，将工作电路接通，当线圈a中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁b在弹簧作用下被拉起，动触点d与静触点e分离，自动切断工作电路图2(2)控制电路的原理天较亮时，光敏电阻rg阻值较小，斯密特触发器输入端a电势较低，则输出端y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rg电阻增大，斯密特触发器输入端a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，有电流通过线圈a，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，rg阻值减小，斯密特触发器输入端a电势逐渐降低，降到一定值，输出端y突然由低电平跳到高电平，则线圈a中不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭例1如图3所示为一个逻辑电平检测电路，a与被测点相接，则()图3aa为低电平，led发光ba为高电平，led发光ca为低电平，led不发光da为高电平，led不发光解析a为低电平时，y为高电平，led的电压小，不发光；a为高电平时，y为低电平，led的电压大，发光，故b、c正确答案bc针对训练1如图4所示的光控电路，用发光二极管led模仿路灯，rg为光敏电阻，r1的最大电阻为51 k，r2为330 .白天，光的强度较大，光敏电阻rg的电阻值较_，加在斯密特触发器a端的电压较_，则输出端y输出高电平，发光二极管led_(填“导通”或“不导通”)；当天色暗到一定程度时，rg的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端a的电压上升到某个值(1.6 v)，输出端y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led_(填“导通”或“不导通”)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的图4答案小低不导通导通解析白天，光照强度较大，光敏电阻rg的电阻值较小，加在斯密特触发器a端的电压较低，则输出端y输出高电平(电平指某个端点与“地”之间的电压)，发光二极管led不导通；当天色暗到一定程度时，rg阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端a的电压上升到某个值(1.6 v)时，输出端y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的二、温度报警器电路分析1电路组成斯密特触发器、热敏电阻、蜂鸣器、滑动变阻器，连接如图5所示图52工作原理常温下，调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平，则输出端y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻rt阻值减小，斯密特触发器输入端a电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，r1的阻值不同，则报警温度不同3报警温度调节要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小r1的阻值，r1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高例2温度报警器电路如图6所示，常温下，调整_的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平，则输出端y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻rt阻值_，斯密特触发器的输入端a电势_，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声r1的阻值不同，则报警温度不同图6解析常温下，调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平，则输出端y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻rt阻值减小，斯密特触发器输入端a电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出警报声，r1的阻值不同，报警温度不同答案r1减小升高针对训练2如图7所示，是一个火警报警装置的逻辑电路图rt是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，r是一个阻值较小的分压电阻图7(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么温度高时电铃会被接通？(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，r的值应大一些还是小一些？答案见解析解析(1)温度较低时rt的阻值很大，r比rt小得多，因此p、x之间电压较大要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门(2)高温时rt的阻值减小，p、x之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，电铃响起(3)由前面分析可知，若r较大，由于它的分压作用，rt两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使p、x之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此r较大时，反应较灵敏三、自动控制电路的分析与设计例3如图8所示，某小型电磁继电器，其中l为含铁芯的线圈p为可绕o点转动的铁片，k为弹簧，s为一对触头，a、b、c、d为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是()图8aa与b接信号电压，c与d跟被控电路串联ba与b接信号电压，c与d跟被控电路并联cc与d接信号电压，a与b跟被控电路串联dc与d接信号电压，a与b跟被控电路并联解析a、b接电磁继电器的线圈，所以a、b应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使c、d接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为a.答案a光控开关电路分析1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动控制开关，如图9所示为模拟电路，其中a为光敏电阻，b为电磁继电器，c为照明电路，d为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果图9答案见解析图解析电路连接如图所示当天亮时，光线照射光敏电阻a，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器b工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻a的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮自动控制电路的分析与设计2.某仪器内部电路如图10所示，其中m是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是()图10a当汽车加速前进时，甲灯亮b当汽车加速前进时，乙灯亮c当汽车刹车时，乙灯亮d当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮答案b解析当汽车向右加速时，m向左移动，与a接触，乙灯亮；当汽车刹车时，m向右移动，与c接触，甲灯亮3如图11所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在_位置，绿灯泡应安在_位置(填“a”或“b”)图11答案ba解析水位较低时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在a位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在b位置(时间：60分钟)题组一光控开关电路分析1逻辑电路在电子线路中有着重要的应用某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭图1中rg是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会明显减小r是可调电阻，起分压作用“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号，j为路灯总开关控制电路，它在获得高电压时才启动(图中未画出路灯电路)图1(1)当天黑时，rg的阻值变_，“非”门电路获得_电压，j得到_电压(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应将r的阻值调_(填“大”或“小”)一些答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻rg的阻值变大，a端输入低电压，y端输出高电压，j得到高电压，开始控制路灯工作(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将r的阻值调大，使a端输入电压较高，当天色较暗时，rg的电阻变大，a端的电压降低，y端的电压升高，j得到高电压，开始控制路灯工作2把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图2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，蜂鸣器不发声光敏电阻：光敏电阻受光照射后，阻值会变小干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态试说明光电报警器的工作原理图2答案当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，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，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声题组二温控开关电路分析3如图3所示为用热敏电阻r和继电器l等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接则()图3a当温度降低到某一数值，衔铁p将会被吸下b当温度升高到某一数值，衔铁p将会被吸下c工作时，应该把恒温箱内的加热器接在c、d端d工作时，应该把恒温箱内的加热器接在a、c端答案b解析当温度降低到某一数值，热敏电阻r的阻值增大，电路中电流减小，继电器l对衔铁p吸引力减小，p将不会被吸下，故a错误当温度升高到某一数值，热敏电阻r的阻值减小，电路中电流增大，继电器l对衔铁p吸引力增大，p将会被吸下，故b正确恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，a、b端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在a、b端，故c、d错误4如图4所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理图4答案见解析解析当开关p在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把p吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮题组三自动控制电路的分析与设计5如图5所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水以下说法中正确的是()图5a若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中a端为n极，b端为s极b若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中a端为s极，b端为n极c若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中d若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中答案ad解析铁芯被通电螺线管磁化6某同学设计的家庭电路保护装置如图6所示，铁芯左侧线圈l1由火线和零线并行绕成当右侧线圈l2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关k，从而切断家庭电路仅考虑l1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()图6a家庭电路正常工作时，l2中的磁通量为零b家庭电路中使用的电器增多时，l2中的磁通量不变c家庭电路发生短路时，开关k将被电磁铁吸起d地面上的人接触火线发生触电时，开关k将被电磁铁吸起答案abd解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向