高中物理第六章传感器3实验传感器的应用学案新人教版选修文档格式.docx
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(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,电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭.
深度思考
如图1甲所示,要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值如何调节?
答案 要想在天更暗时路灯才会亮,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的电压达到某个值(如1.6V),就需要RG的值达到更大,即天色更暗.
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
(1)图中“
”叫斯密特触发器,是一种具有特殊功能的“非”门.
(2)与物理学中的电路图不同,在涉及门电路的电路图时,表示的是电路中的逻辑关系,通常不把电流的通路完整地画出来.
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,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
如图5所示.
图5
2.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.
如图5所示,要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应如何调节滑动变阻器R1?
答案 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,加在斯密特触发器输入端A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
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8所示,试设计一个温控电路.要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程.
图8
解析 热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路.
答案 电路图如图所示.工作过程:
闭合开关S,当温度低于设计值时,热敏电阻的阻值较大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,K接通使电炉丝加热,当温度达到设计值时,热敏电阻的阻值减小到某一值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热.当温度低于设计值时,又重复上述过程.
设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行:
(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;
工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路相互独立,又通过电磁继电器相关联,电磁继电器实际上是工作电路的开关.
(2)分析自控电路的合理性
电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯发光.
1.(温度报警器电路分析)(多选)如图9是温度报警器的电路示意图,下面对此电路的分析正确的是( )
图9
A.当RT的温度升高时,其阻值减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时,其阻值减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
2.(自动控制电路的分析与设计)如图10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10
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
答案 A
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.
3.(自动控制电路的分析与设计)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 水位正常时,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.
4.(光控开关电路分析与设计)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12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12
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.
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).
(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.光敏电阻:
光敏电阻受光照射后,阻值会变小.干簧管继电器:
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.
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( )
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.
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.(多选)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( )
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.(多选)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( )
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.
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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- 高中物理 第六 传感器 实验 应用 新人 选修
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