人教版物理选修3-2 第6章第3节 实验：传感器的应用

人教版物理选修3-2 第6章第3节 实验：传感器的应用

第6章第三节实验：传感器的应用 课标定位 学习目标：1.通过动手实验，更深切地体会传感器 的作用． 2．培养学生的学习兴趣，激发学生的创新能力． 3．提高学生的实践能力，培养严谨的科学作风． 重点难点：1.对逻辑电路和集成电路的认识． 2．光控开关电路的分析、组装和调试． 3．温度报警器的分析、组装和调试． 4．学生对一些常用电子元器件的理解和使用要点 的掌握． 易错问题：对一些电路元件的用途及使用方法不 了解而出错． 课堂互动讲练 知能优化训练 第 三 节　 实 验： 传 感 器 的 应 用 课前自主学案 课前自主学案 一、实验目的 了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器 制作自动控制装置． 二、实验器材 1．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,0.3 A)、可变电阻R1(最 大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、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R1(最大阻值1 kΩ)、集成电路 实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热 水)． 三、实验原理 1．光控开关 (1)斯密特触发器工作原理 图6－3－1 如图6－3－1所示光控电路，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 kΩ， R2为330 Ω. 在白天，光强度较大，光敏电阻RG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，发光二极管LED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 器的输入端A端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 导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯 天明熄灭，天暗自动开启的目的． 说明：要想在天暗时路灯才会亮，应该把R1的阻 值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压 达到某个值(1.6 V)，就需要RG的阻值达到更大， 即天色更暗． (2)电磁继电器工作原理 图6－3－2 由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯 模仿路灯，就要用继电器来启动工作电路．如图6 －3－2所示，其中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，电 磁铁产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动触 点D向下与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在弹簧的作 用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电 路． (3)控制电路原理 天较亮时，光敏电阻阻值较小，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 到一定值时，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，电阻RG电阻减小， 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 不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的 电源． 说明：(1)在控制电路中之所以并联一只二极管， 是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感 电动势损坏集成电路，二极管的存在可以提供自 感电流的通路． (2)二极管具有单向导电性，在电路中不能反接， 否则电磁继电器将不能正常工作． 2．温度报警器 图6－3－3 如图6－3－3所示，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． 说明：要使热敏电阻在感测到更低的温度时报警， 应增大R1的阻值，R1阻值越大，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大， 即温度越低． 四、实验步骤 1．光控开关实验 (1)按照电路图6－3－1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，观察强光照射光敏电阻和用黑纸包 裹光敏电阻时发光二极管或灯泡的状态． 2．温度报警器实验 (1)按照电路图6－3－3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、观察热敏电阻处于常温环境时和置 于热水中时，蜂鸣器是否发声． 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，高于另一值时，又 可以自动断电，画出电路图并说明工作过程． 图6－3－4 课堂互动讲练 自动控制电路的设计 【思路点拨】　热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁 继电器组成低压控制电路． 【精讲精析】　电路图如图6－3－5所示 图6－3－5 当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流 过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁 P,K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某 一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继 电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开， 电炉丝停止加热． 【答案】　见精讲精析 【规律总结】　热敏电阻阻值随温度变化，控制 电路中电流发生变化，通过改变电磁继电器螺线 管的电流来实现控制电路的目的． 工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动 时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事 故．工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故 发生的．如图6－3－6所示为光控继电器的示意图, 它由电源、光电管(当有光照射时，在阴极K端会 放出电子)、放大器、电磁继电器等几部分组 成．这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由 自动控制电路的分析 于遮住了光线，光控继电器衔铁立即变化，使 机床停止工作，避免事故发生．光控继电器的 原理是：当光照射光电管时____________． 图6－3－6 【思路点拨】　光电管的作用是继电器控制电路 的通断开关，有光照射时，继电器通电，无光照 射时，继电器断电．人对照射到光电管上的光的 遮挡作为电路的输入指令． 【精讲精析】　阴极K发射电子，电路中产生电流, 经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化，将衔铁N 吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动 离开M，右侧电路接通，灯L亮． 【答案】　见精讲精析 【规律总结】　光电路是解题中未学过的新信息, 题目把它的原理加以说明，可以考查阅读理解能 力，是命题的一种意图．应加强解题的知识积累 和提高．分析控制电路的工作原理重点是分析传 感器在控制电路中起什么作用或功能．