高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用课件新人教版选修3_2-34张

高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用课件新人教版选修3_2-34张

3 　 实验 : 传感器的应用 实验一 : 用光控开关控制电路 【 实验目的 】 1. 了解光控开关的工作原理。 2. 练习利用传感器制作自动控制设备。 【 实验原理 】 1. 斯密特触发器 : (1) 特点 : 斯密特触发器 : 当输入端电压逐渐上升到某一个值 (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另一个值 (0.8 V) 时 , 输出端会从低电平跳到高电平 (3.4 V) 。 (2) 功能 : 可以将连续变化的模拟信号转化为突变的数字信号 (3) 电路符号 : 知识拓展 : 电平是电子电路中的专业术语 , 在逻辑电路中 , 常把电势的高低叫做“电平”的高低 ,“ 输出低电平”的意思是输出端处于低电势的状态 ,“ 高电平”则反之。 2. 光控开关 : (1) 电路图 : (2) 工作原理 : ① 白天 , 光照强度较大 , 光敏电阻 R G 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。 ② 当天色暗到一定程度时 ,R G 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 ) 。 ③天明后 ,R G 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。 3. 光控开关控制电路 : (1) 电路图 : (2) 工作原理 : ① 天较亮时 , 光敏电阻 R G 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 , 电磁继电器 J 不工作 , 工作电路不通 , 灯不亮。 ② 天较暗时 , 光敏电阻 R G 阻值增大 , 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 突然由高电平跳到低电平 , 有电流通过线圈 , 电磁继电器 J 开始工作 , 接通工作电路 , 灯自动开启。 ③ 天逐渐变亮后 , 光敏电阻 R G 阻值逐渐减小 , 斯密特触发器输入端 A 电势逐渐降低 , 当降低到一定值 (0.8 V) 时 , 输出端 Y 突然由低电平跳到高电平 , 线圈中不再有电流通过 , 则电磁继电器 J 自动切断工作电路的电源 , 使灯熄灭。 【 实验器材 】 光控开关实验 : 斯密特触发器、发光二极管、二极管、电磁继电器、灯泡 (6 V,0.3 A) 、可变电阻 R 1 ( 最大阻值 51 kΩ) 、电阻 R 2 (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。 实验二 : 使用温控开关控制报警电路 【 实验目的 】 1. 了解温度开关的工作原理。 2. 练习利用温控开关制作温度自动报警器。 【 实验原理 】 1. 温度自动报警器电路 : 2. 温度自动报警器工作原理 : (1) 常温下 , 调整 R 1 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。 (2) 当温度升高时 , 热敏电阻 R T 的阻值减小 , 斯密特触发器的输入端 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 , 从而发出报警声 ,R 1 的阻值不同 , 报警温度不同。 【 实验器材 】 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 1 ( 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 ) 。 【 实验过程 】 一、光控开关控制电路实验步骤 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 1 , 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。 二、温度报警器实验步骤 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 1 , 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。 【 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 , 否则将烧坏门电路集成块。 3. 光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮 , 应该把 R 1 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 1 的阻值调大些。 类型一 光控开关的应用 【 典例 1】 把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、 电源连成电路如图所示 , 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。①光敏电阻 : 光敏电阻受光照后 , 阻值 会变小。②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恢复到分离状态。电路已经连接一部分 , 请将电路完整连接好。 【 正确解答 】 电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路 ; 而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路。当有光照时 , 光敏电阻变小 , 使得干簧管继电器开关存在磁场 , 导致开关接通 , 最终使得蜂鸣器发声。 答案 : 见正确解答 类型二 用热敏电阻控制电路 【 典例 2】 如图甲所示为热敏电阻的 R-t 图象 , 图乙为用此热敏电阻 R 和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路 , 继电器线圈的电阻为 200 Ω 。当线圈中的电流大于或等于 20 mA 时 , 继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电电池的电动势 E=8 V, 内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热电源。 (1) 图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而 ______ ( 选填“增大”“减小”或“不变” ) 。  (2) 应该把恒温箱内加热器接 ______( 选填“ AB” 或“ CD”) 端。  (3) 如果要使恒温箱内的温度保持 100 ℃, 滑动变阻器 R 1 接入电路的电阻值为 ______ Ω 。 【 正确解答 】 (1) 由图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小 ; (2) 当温度较低的时候 , 热敏电阻的电阻较大 , 电路中的电流较小 , 此时继电器的衔铁与 AB 部分连接 , 此时是需要加热的 , 恒温箱内的加热器要工作 , 所以该把恒温箱内的加热器接在 A 、 B 端。 (3) 当温度达到 100 ℃ 时 , 加热电路就要断开 , 此时的继 电器的衔铁要被吸合 , 即控制电路的电流要到达 20 mA=0.02 A, 根据闭合电路欧姆定律可得 : I= 解得 :R 1 =150 Ω 。 答案 : (1) 减小　 (2)AB 　 (3)150 【 总结提升 】 在解答本题的时候要分析清楚 , 控制电路和加热电路是两个不同的电路 , 只有当温度较低 , 需要加热的时候 , 加热电路才会工作 , 而控制电路是一直通电的。