2017-2018学年高中物理第六章传感器第3节实验：传感器的应用教学案新人教版选修3-2

1、第3节实验：传感器的应用0 0 实验扣能实验扣能- -清清楚清清楚一一一、 实验目的1 利用斯密特触发器设计光控开关电路和温度报警器。2 提高电子技术方面的设计和制作能力。二、 实验原理1 光控开关电路如图 6-3-1 所示。(2) 斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),而当输入端 A 的电压下降到另一个值的时候(0.8 V) , Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)。(3) 光控开关的工作原理：白天，光照强度较大，光敏电阻甩阻值较小，加在斯密特触发器输

2、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；当天暗到一定 程度时，FG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)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的。2 温度报警器(1)电路如图 6-3-2 所示。(2)工作原理： 常温下，调节R的阻值使斯密特触发器输入端 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FT阻值减小，斯密特触发器输入端 A 的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端 Y 由

3、高电平跳到低 电平，蜂2鸣器通电，从而发出报警声。R的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R来调节蜂鸣器的灵敏度。三实验器材31 光控开关实验斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V , 0.3A、可变电阻R(最大阻值 51 kQ)、电阻R2(330Q)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。2 温度报警器实验斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R(最大阻值 1 kQ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。四实验步骤1 光控开关(1) 按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2) 检查各元件的连接，确保无误。(3) 接

4、通电源，调节电阻R,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。(4) 用黑纸逐渐遮住光敏电阻， 观察发光二极管或灯泡的状态。(5) 逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。2 温度报警器(1) 按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2) 检查各元件的连接，确保无误。(3) 接通电源，调节电阻R,使蜂鸣器常温下不发声。(4) 用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声。(5) 将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声。z芦五、注意事项1 安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。2光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作。3光控开关实验中要

5、想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R的阻值调大些。4温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R的阻值调大些。盘常盘常考题点考题点 明明明明白白白白/ /例 1(多选)图 6-3-3 甲表示斯密特触发器，当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端 A 的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)。图乙为一光控电路，用发 光二极管 LED模仿路灯，RG为光敏电阻。下列关于斯密特触发器和光控电路的说法中正确的4图 6-3-3A. 斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟

6、信号B. 斯密特触发器是具有特殊功能的非门C.要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R 的阻值调大些D. 当输出端 Y 突然从高电平跳到低电平时，发光二极管发光 思路点拨解答本题的关键：(i)知道斯密特触发器的工作原理，了解非门电路的特点及其表示符号明白光敏电阻甩的阻值的大小随光照强度的增强而减小。(3)知道二极管的单向导电性。解析斯密特触发器是一种特殊的非门，它能把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，选项 A 错误，B 正确；如果把R的阻值调大些，则只有 丘的阻值达到更大值时，才 能使斯密特触发器的 A 端电压达到某个值(1.6 V)，即达到天更暗时路灯才会亮的目的，选 项 C 正确；当输出端

7、 Y 突然从高电平跳到低电平时，发光二极管导通发光，选项D 正确。答案BCD例 2现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图 6-3-4 所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。思路点拨热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器组成控制电路。解析电路图如图所示。、户IFRE |S电硝樂占器bo_I3电炉准电炉丝乙电磁继电胖图 6-3-45工作过程：闭合 S,当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能吸 合衔铁，K接通电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继

8、电器 的电流达到某值，K断开，电炉丝断电，停止加热。当温度低于设计值，又重复前述过程。6答案见解析例 3为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用 光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱,光越强照度越大，照度单位为lx）。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度（lx）0.20.40.60.81.01.2电阻(kQ)754028232018如图 6-3-6 所示，当 1、2 两端所加电压上升至请利用下列器材设计一个简单电路， 给 1、2 两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图

9、。（不考虑控制开关对所设计电路的影响提供的器材如下:开关 S 及导线若干。解析（1）如图甲所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。电路原理图如图乙所示， 根据串联电阻的正比分压关系，E= 3 V,当照度降低至说明阻值随照度变化的特点。2 V 时，控制开关自动启动照明系统。1.0光敏电阻直流电源定值电阻:R3（符号-尸-，阻值见上表）；E（电动势 3 V ,内阻不计）;0a2040,60.BWlr214m度低甲1.0FP图 6-3-6（1）根据表中数据，请在图 6-3-5 中给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并图 6-3-5电pn/ku80706050403020107lx 时，

10、由图线知，此时光敏电阻20 kQ, *=2 V,串联电阻分压lh= 1 V,由U=R2 得F=刁=10 kQ,故选定值电阻Ro8答案见解析戢戢跟踪训练跟踪训练dL扎实实扎实实1. 如图 6-3-7 所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为0，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为0，则可判断（）i图 6-3-7A.0 = 0B. 0v 0C.0 0D.不能确定0和0的关系解析：选 B 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以

11、欧姆表测电阻时，阻值越大，指针偏角越小，所以选项B 正确。2. 如图 6-3-8 所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕0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（）电压变化使电磁继电器相吸或排斥，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。3.某仪器内部的电路如图6-3-9 所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分A. A与B接信号电压,B. A与B接信号电压,C. C与D接信号电压,D. C与D接信号电压,C与D跟被控电路串联C与D跟被控电路并联A与B跟被控电

12、路串联A与B跟被控电路并联解析：选 A由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号A B C D图 6-3-89别与金属丝制成的弹簧相连，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）。当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车10上，下列说法正确的是（）A. 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.乍的后部M图 6-3-9当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮解析：选 B 汽b、进时，b与a接触，乙灯亮；当刹车时,4.某电容式话筒的原理示意图如图金属极板。对着话筒说话时,A.B.C.D

13、.前向的方帀遊c金属片不接触，所以甲、乙灯都不亮，当加速前b与c接触，甲灯亮，故选 B。6-3-10 所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两P振动而Q可视为不动。在P、Q间距增大过程中（）P、Q构成的电容器的电容增大P上电荷量保持不变M点的电势比N点的低M点的电势比N点的高1 /X、亠图 6-3-10jr、J解析：选 D 由可知PQ间距离d增大时电容C减小，A 项错误。电容减小将4nkdz丁丄势，所以 C 项错误 D 项正确。5.在制作光控电路实验中，某同学按图6-3-11 所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是R11A.二极管两极接反C. R

14、 阻值太小图 6-3-11B. R 与甩位置颠倒D.灯泡被断路12解析：选 C 由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通， 灯泡不亮，A 项可能；若R与FG位置颠倒，则光线较暗时，Y 端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，B 项可能；若R阻值太小，Y 端一直为低电平，灯泡一直发光，C 项不可能；灯泡断路时无法发光，D 可能。6. （2016 北京卷）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图 6-3-12 为某种热敏 电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力 _（选填“增强”或“减弱”）;相对金属热电阻而言， 热敏电阻对温度变

15、化解析：由R-t图像可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强。相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感。答案：增强 敏感K 后，延时开关 S 约在 1 min 后断开，电灯熄灭。根据上述信息和原理图，我们可推断:a,图 6-3-13按钮开关 K 按下前，发光二极管是 _ （填“发光的”或“熄灭的”），按钮开关 K按下再释放后，电灯 L 发光持续时间约 _min。这一过程中发光二极管是 _ 。限流电阻R的阻值和灯丝电阻R相比，应满足R_ FL的条件。解析：开关 K 按下前，S 为断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的。当按下开

16、关 K 后，延时开关 S 闭合，二极管和R被短路，二极管不发光，由于延时开关S 约 1min 后断开，故电灯 L 能持续发光 1 min，由于R为限流电阻，且二极管只要有很小的电流 通过就能的响应更7.目前有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图 6-3-13 所示。图中D是红色发光二极管（只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光R为限流电阻，K 为按钮式开关，虚线框内S 表示延时开关电路，当按下 K 接通电路瞬间,延时开关触发，相当于S 闭合，这时释放（选填“敏感”13发光，故应满足R? R。14答案：发光的 1 熄灭的？& （2016 全国乙卷）现要

17、组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过 60C时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警），电阻箱（最大阻值为 999.9Q），直流电源（输出电压为U内阻 不计），滑动变阻器R（最大阻值为 1 000Q），滑动变阻器F2（最大阻值为 2 000Q），单刀 双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为 18 V ,lc约为 10 mA;流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在Q。（1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线。y图 6-3-14（2）_ 电路中应选用滑动变阻器（填“R”或“F2”）。（3）按照下列步骤调节此报警系统：1电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为 _Q;滑动变阻器的滑片应置于_ （填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_ 。2将开关向 _ （填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至.1 L I（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 解析：（1）电路图连接如图。（2）报警器开始报警时，对整个回路有U= Ic（