高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置精品ppt課件

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5.3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置
人教版高中物理選修二
目錄
生活中的傳感器
光感傳感器
水質(zhì)PH傳感器
紫外線傳感器
仿生傳感器
磁光效應(yīng)傳感器
新知導(dǎo)入
盒子里面有什么裝置？
原理： 當(dāng)磁鐵靠近干簧管時(shí)，兩個簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到開關(guān)的作用！
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
新知探究
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
新知探究
1.目標(biāo)效果：當(dāng)門窗緊閉時(shí)，蜂鳴器不響，指示燈亮；當(dāng)門窗被打開時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。
靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠(yuǎn)離，蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，指示燈滅。
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
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2.實(shí)驗(yàn)器材和裝置
（1）實(shí)驗(yàn)電路圖
（2）實(shí)驗(yàn)器材
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
表1 基本元件及參數(shù)
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3.電路工作原理
當(dāng)門窗緊閉時(shí)，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K，使繼電器工作。繼電器的動觸點(diǎn)c與常開觸點(diǎn)a接通，發(fā)光二極管LED發(fā)光，顯示電路處于正常工作狀態(tài)。
當(dāng)門窗開啟時(shí)，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電。繼電器的動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報(bào)警。
閉合電路開關(guān)S，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
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4.實(shí)驗(yàn)操作
（1）連接電路前，要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管，觀察簧片能否正常動作。（2）確定各元件可以正常工作后，按照圖所示連接電路。（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)1、門窗防盜報(bào)警裝置
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【例題1】如圖所示,某小型電磁繼電器,其中L為含鐵芯的線圈。P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的鐵片,K為彈簧,S為一對觸頭,A、B、C、D為四個接線柱。電磁繼電器與傳感器配合,可完成自動控制的要求,其工作方式是(　　)A.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路串聯(lián)B.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路并聯(lián)C.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路串聯(lián)D.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路并聯(lián)
A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應(yīng)接信號電壓,線圈電流隨信號電壓變化使電磁繼電器相吸或釋放,從而使C、D接通或斷開,進(jìn)而起到控制作用,故正確選項(xiàng)為A。
A
解析：
新知應(yīng)用
光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時(shí)讓路燈自動開啟，而在天明時(shí)自動熄滅?
新知探究
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。
2.實(shí)驗(yàn)器材
三極管:
作為放大電流，以及控制電路通斷的作用
RG：光敏電阻
二極管：模仿路燈
可調(diào)電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源
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表2 基本元件及參數(shù)
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3.實(shí)驗(yàn)原理
當(dāng)環(huán)境的光比較強(qiáng)時(shí),光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導(dǎo)通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。
實(shí)驗(yàn)原理圖
當(dāng)環(huán)境的光比較弱時(shí),光敏電阻RG的阻值變大,三極管導(dǎo)通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點(diǎn)亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點(diǎn)亮小燈泡L。
強(qiáng)光→RG很小→三極管不導(dǎo)通→小燈泡不亮。
弱光→RG很大→三極管有大電流→小燈泡亮。
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4.實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
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思考與討論
1、要想在天更暗時(shí)路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？ 應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個值（如1.6V），就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。2、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？ 由于集成電路允許通過的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路．
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電磁繼電器的工作原理
當(dāng)線圈 A中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵B向下運(yùn)動，從而帶動動觸點(diǎn)D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點(diǎn)D與E分離，自動切斷工作電路．
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【例題2】光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，其中就可用于街道路燈的自動控制開關(guān)，如圖所示為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果．
當(dāng)天亮?xí)r，光敏電阻減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，觸點(diǎn)斷開，路燈熄滅
夜晚降臨，光敏電阻增大．控制回路電流減小，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮．
新知應(yīng)用
控制電路的工作原理
天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時(shí)，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端 Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．
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（1）按照圖所示連接電路，檢查無誤后，接通電源。（2）讓光敏電阻RG受到白天較強(qiáng)的自然光照射，調(diào)節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。（3）遮擋RG，當(dāng)光照減弱到某種程度時(shí)，就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。（4）讓光照加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)到某種程度時(shí)，則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。
實(shí)驗(yàn)操作
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【例題3】如圖為煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器，它主要由帶孔的外罩，發(fā)光二極管LED、光電三極管及不透明的擋板組成，請簡述它的工作原理．
有煙霧時(shí)
無煙霧時(shí)
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實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用1 電熨斗
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原理:熱脹冷縮 常溫下兩觸點(diǎn)分離。溫度升高，兩種金屬膨脹性能不同，雙金屬片形狀發(fā)生變化，使觸點(diǎn)接觸。
1.雙金屬片溫度傳感器
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原因：雙金屬片
銅的膨脹系數(shù)大于鐵
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1.雙金屬片溫度傳感器
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2.雙金屬片溫度傳感器在電熨斗中的應(yīng)用
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思考與討論：①常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分離的？當(dāng)溫度過高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？
答：常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動控制溫度的作用．
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思考與討論：②熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來實(shí)現(xiàn)的？
答：熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的．
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【例題4】如圖所示是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法正確的是(　　)A．常溫時(shí)上下觸點(diǎn)是接觸的B．雙金屬片溫度升高時(shí)，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80 ℃斷開電源，現(xiàn)要求60 ℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些
切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些
新知應(yīng)用
回顧在家煮飯的過程？
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1 溫度傳感器的主要元件是什么？
感溫鐵氧體
2 感溫鐵氧體的組成物質(zhì)是什么？
氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒結(jié)而成
3 感溫鐵氧體有何特點(diǎn)？什么是“居里點(diǎn)”？
常溫下具有鐵磁性，能夠被磁體吸引，溫度達(dá)到103℃，失去鐵磁性．
居里點(diǎn)，又稱居里溫度，即指103℃。
實(shí)驗(yàn)3、溫度傳感器的應(yīng)用2 電飯鍋
思考與討論:
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電飯鍋的構(gòu)造
新知探究
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1 開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。
2 水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。
3 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．
思考與討論:
4 如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動斷電。
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1.連貫地?cái)⑹鲭婏堝伒墓ぷ鬟^程 ?
開始煮飯時(shí)，用手壓下開關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)，則觸點(diǎn)接通，電熱板通電加熱，水沸騰后，由于鍋內(nèi)保持100℃不變，故感溫磁體仍與永磁體相吸，繼續(xù)加熱，直到飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱．
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【例題5】如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103 ℃時(shí)，下列說法中正確的是(　　)A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性B．當(dāng)溫度超過103 ℃時(shí)，感溫磁體的磁性較強(qiáng)C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103 ℃，這時(shí)開關(guān)按鈕會跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度就不可能達(dá)到103 ℃，開關(guān)按鈕就不會自動跳起
新知應(yīng)用
課堂小結(jié)
1、如圖甲為一種家用門磁防盜報(bào)警器，由磁條和主機(jī)組成，門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖。安裝時(shí)，將磁條固定在門上，主機(jī)安裝在與其等高的門框邊緣，門關(guān)上時(shí)，兩者剛好靠近在一起。當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時(shí)，若門被打開，磁條與主機(jī)分離，主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會工作，帶動報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。下列有關(guān)說法正確的是（ ）A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān)，當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時(shí)，開關(guān)是斷開的 B. 觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調(diào)后，該報(bào)警器不能正常工作 D. 本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的
A
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2、如圖所示是溫度自動報(bào)警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點(diǎn)、4是水銀溫度計(jì)(水銀導(dǎo)電).則下列說法正確的是( )A.溫度高于警戒溫度時(shí)，電鈴不報(bào)警、指示燈亮B.溫度低于警戒溫度時(shí)，電鈴報(bào)警、指示燈熄滅C.溫度高于警戒溫度時(shí)，指示燈亮、電鈴報(bào)警D.溫度低于警戒溫度時(shí)，指示燈亮、電鈴不報(bào)警
D
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溫度低于警戒溫度時(shí)，水銀柱下降，控制電路處于開路狀態(tài)，電磁鐵線圈中沒有電流通過，電磁鐵沒有磁性，此時(shí)指示燈通過常閉觸點(diǎn)與工作電路接通，指示燈亮，電鈴不報(bào)警，故B錯誤，D正確；溫度高于警戒溫度時(shí)，水銀柱上升，控制電路處于接通狀態(tài)，電磁鐵線圈中有電流通過，電磁鐵有磁性，此時(shí)電鈴?fù)ㄟ^觸點(diǎn)3與工作電路接通，電鈴報(bào)警，此時(shí)指示燈所在的電路中沒有電流，指示燈不亮，故A、C錯誤。
解析：
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3、如圖所示為某會議廳安裝的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的原理圖，裝置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住，罩內(nèi)的發(fā)光二極管和光電三極管用一不透明的擋板隔開，沒有險(xiǎn)情時(shí)光電三極管不能收到發(fā)光二極管所發(fā)出的光，此時(shí)光電三極管的電阻較高。則下列說法正確的是( ) A.當(dāng)會議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，散射的光照射到光電三極管上使其電阻變小而報(bào)警B.當(dāng)會議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧擋住了光線，使得光電三極管的電阻變大而報(bào)警C.當(dāng)會議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管的溫度升高，使得光電三極管的電阻變小而報(bào)警D.當(dāng)會議廳發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于環(huán)境氣體的濃度變大而報(bào)警
A
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沒有險(xiǎn)情時(shí)，光電三極管接收不到發(fā)光二極管發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。當(dāng)有煙霧時(shí)，光發(fā)生散射，有光照射到光電三極管上時(shí)，其電阻變小，所連接的電路接通，就會發(fā)出警報(bào)，A正確。
解析：
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1．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)．它的控制電路中可能接入的傳感器是( ? )A．溫度傳感器和光電傳感器B．光電傳感器和聲音傳感器C．聲音傳感器和熱電傳感器D．溫度傳感器和熱電傳感器
B
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2．下列有關(guān)傳感器的說法中正確的是（　　）A．火災(zāi)報(bào)警器利用了溫度傳感器B．日光燈啟動器是利用了光傳感器C．電子秤稱量物體重力利用了力傳感器D．霍爾元件是能夠把電壓轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度的一種磁傳感器
C
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3．許多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時(shí)，出現(xiàn)聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)，它的控制電路中可能接入的傳感器是（　?。贉囟葌鞲衅鳌、诠鈧鞲衅鳌、勐曇魝鞲衅鳌、芰鞲衅鰽．①② B．②③ C．③④ D．②④
B
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4．下圖中關(guān)于傳感器的應(yīng)用，說法正確的是（　?。〢．干簧管是利用電磁感應(yīng)的原理控制電路的通斷的B．機(jī)器人“眼睛”利用了光傳感器C．紅外測溫槍向人體發(fā)射紅外線，從而測量人體溫度D．火災(zāi)報(bào)警器是通過感知溫度觸發(fā)報(bào)警的
B
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5．?dāng)?shù)碼相機(jī)的普及使傳統(tǒng)膠片相機(jī)逐漸被淘汰。數(shù)碼相機(jī)的主要部件是電荷耦合器（CCD），能將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量。該部件可視為（　?。〢．力傳感器 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．霍爾元件
C
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6．傳感器在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，它的種類多種多樣，其性能也各不相同。以下有關(guān)傳感器的說法正確的是（??? ）A．辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開關(guān)，這是光傳感器的應(yīng)用B．非觸摸式自動水龍頭（自動感應(yīng)水龍頭）應(yīng)用的傳感器是壓力傳感器C．空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會自動停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一功能的傳感器是溫度傳感器D．調(diào)溫型電熨斗能自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器，能控制電路的通斷
ACD
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7．智能手機(jī)屏幕的光線過強(qiáng)會對眼睛有害，因此手機(jī)都有一項(xiàng)可以調(diào)節(jié)亮度的功能，該功能既可以自動調(diào)節(jié)，也可以手動調(diào)節(jié)。某興趣小組為了模擬該功能，設(shè)計(jì)了如圖所示的電路。已知光敏電阻在光照增強(qiáng)時(shí)，電阻會減小。閉合開關(guān)，下列正確的是（　　）A．僅光照變強(qiáng)，小燈泡變暗 B．僅光照變?nèi)酰襞葑儼礐．僅將滑片向a端滑動，小燈泡變亮 D．僅將滑片向b端滑動，小燈泡變亮
BC
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8．計(jì)算機(jī)光驅(qū)的主要部分是激光頭，它可以發(fā)射脈沖激光信號，激光掃描光盤信息時(shí)，激光頭利用光敏電阻自動計(jì)數(shù)器將反射回來的脈沖信號傳輸給信號處理系統(tǒng)，再通過計(jì)算機(jī)顯示出相應(yīng)信息。光敏電阻自動計(jì)數(shù)器的示意圖如右下圖所示，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是（　?。〢．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次
AD
新知鞏固
9．如圖所示，用小燈泡模仿光控電路，A、Y之間為斯密特觸發(fā)器，RG為光敏電阻，R1為可變電阻；J為繼電器的線圈，Ja為它的常開觸點(diǎn)，下列說法正確的是（　 ?。〢．天色變暗時(shí)，A端輸入高電平，繼電器吸引Ja，路燈點(diǎn)亮B．要想在天色更暗時(shí)，路燈才會點(diǎn)亮，應(yīng)把R1的阻值調(diào)大些C．要想在天色更暗時(shí)路燈才會點(diǎn)亮，應(yīng)把R1的阻值調(diào)小些D．二極管的作用是繼電器釋放Ja時(shí)提供自感電流的通路，防止損壞集成電路
ABD
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太陽能熱水器中的有哪些傳感器，如何實(shí)現(xiàn)的自動上水功能？
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課程結(jié)束
人教版高中物理選修二