高中物理 63 实验 传感器的应用学案新人教版选修.docx

高中物理 63 实验 传感器的应用学案新人教版选修.docx

《高中物理 63 实验 传感器的应用学案新人教版选修.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 63 实验 传感器的应用学案新人教版选修.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理63实验传感器的应用学案新人教版选修

高中物理6.3实验传感器的应用学案（新人教版）选修

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、6V）时，输出端会突然从高电平跳到低电平（0、25V），当输入端电压下降到某一值（0、8V）时，输出端会从低电平跳到高电平（

3、4V）、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、6V，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、8V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、6V时，Y端会输出0、25V的低电势，当A端电势低于0、8V时，Y端会输出

3、4V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3

A、A为低电平，LED发光

B、A为高电平，LED发光

C、A为低电平，LED不发光

D、A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51kΩ，R2为330Ω、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、6V），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、6V）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8

A、A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联

B、A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联

C、C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联

D、C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10

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、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　B　A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、①光敏电阻：

光敏电阻受光照射后，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3

A、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5

A、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6

A、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，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确、7、如图7是一种防汛报警器的原理图，S是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子A，请你说明这种报警器的工作原理、图7答案　见解析解析　由题图可以看出，水面上升时，浮子A在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板、当水面上升达到警戒水位时，使触点开关S闭合，电磁铁电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报、