高中物理 63 实验 传感器的应用学案新人教版选修.docx
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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、
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