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學(xué)案設(shè)計-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.了解門窗防盜報警器的原理。
2.了解光控開關(guān)的原理。
科學(xué)探究
1.培養(yǎng)實驗動手能力,體會物理知識在實際中的應(yīng)用。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
1.體驗從原理到應(yīng)用的過程,培養(yǎng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。
一、實驗1 門窗防盜報警裝置
1．實驗器材和裝置
干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場是否存在．繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置．發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用．蜂鳴器H作為報警提醒．電路設(shè)計如圖1.
圖1
2．電路工作原理
當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作．當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警．
3．實驗操作
(1)檢查干簧管．用磁體直接靠近干簧管，觀察干簧管簧片能否正常動作．
(2)連接電路．連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作．
(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現(xiàn)象．
二、實驗2 光控開關(guān)
1．實驗器材和裝置
光敏電阻完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)變．晶體三極管將電流進(jìn)行放大，同時具有完成斷路和接通的開關(guān)作用．發(fā)光二極管LED模仿路燈．電路設(shè)計如圖2甲．
圖2
為了能夠驅(qū)動更大功率的負(fù)載，需用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙所示．
2．電路工作原理
(1)光較強時，光敏電阻阻值小，三極管不導(dǎo)通，繼電器斷路，處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．
(2)光較弱時，光敏電阻阻值變大，三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合，點亮小燈泡L.
3．實驗操作
(1)連接電路，檢查無誤后，接通電源．
(2)用白光照射光敏電阻，調(diào)節(jié)R1，使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．
(3)減弱光敏電阻的光照強度，當(dāng)光減弱到某種程度時，發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．
(4)讓光照加強，當(dāng)光增強到某種程度時，發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．
一、光控開關(guān)的應(yīng)用
例1 （多選）（2022秋?包頭月考）如圖是蘋果自動分揀裝置的示意圖。該裝置把大小不同的蘋果，按一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動分揀為大蘋果和小蘋果。R1為壓力傳感器。R2為可調(diào)電阻，R2兩端電壓越大，電磁鐵對分揀開關(guān)的銜鐵吸引越強（）
A．壓力越大R1越大
B．壓力越大R1越小
C．調(diào)節(jié)R2的大小可以起到保護(hù)電路的作用
D．調(diào)節(jié)R2的大小可以改變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)
二、熱敏電阻的應(yīng)用
例2 （2019春?華安縣校級期末）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量）。例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，熱敏電阻隨溫度變化的圖象如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖，問：
（1）為了使溫度過高時報警器鈴響，c應(yīng)接在（填“a”或“b”）。
（2）若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P點向移動（填“左”或“右”）。
（3）直流電源電動勢為18V（內(nèi)阻不計），熱敏電阻R1達(dá)到100℃電阻大小為600Ω．流過熱敏電阻R1的電流超過Ic時就會報警，Ic為10mA，則滑動變阻器應(yīng)選擇
A．R2（0﹣200Ω） B．R2（0﹣1000Ω） C．R2（0﹣2000Ω）
三、電磁繼電器與自動控制
例3 現(xiàn)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示,試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時,電爐絲自動通電供熱,超過某一溫度時,又可以自動斷電,畫出電路圖并說明工作過程。
設(shè)計自動控制電路的一般思路
(1)根據(jù)題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路。
控制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成;工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個電路相互獨立,又通過電磁繼電器相關(guān)聯(lián),電磁繼電器實際上是工作電路的開關(guān)。
(2)分析自控電路的合理性。
電路設(shè)計完成后,要對它的合理性進(jìn)行分析,用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。例如,自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路,使路燈熄滅,晚上接通工作電路,使路燈發(fā)光。
1.(電磁繼電器)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)
2.(自動控制)(多選)如圖所示,全自動洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動作的,當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時,控制鐵芯1的線圈通電,使鐵芯2運動,從而牽引排水閥的閥門排除污水。以下說法正確的是( )
A.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為N極,B端為S極
B.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為S極,B端為N極
C.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2不能被吸入線圈中
D.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2仍能被吸入線圈中
3.(自動控制)(多選)某儀器內(nèi)部的電路如圖所示,其中M是一個質(zhì)量較大的金屬塊,左、右兩端分別與金屬絲制成的彈簧相連,并套在光滑水平細(xì)桿上,當(dāng)金屬塊處于平衡狀態(tài)時,兩根彈簧均處于原長,此時甲、乙兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是( )
A.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時,甲燈亮
B.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時,乙燈亮
C.當(dāng)汽車剎車時,甲燈亮
D.當(dāng)汽車剎車時,乙燈亮
4.(光控電路的分析)為設(shè)計一個白天自動關(guān)燈,黑夜自動開燈的自動控制裝置,可供選擇的儀器如下:光敏電阻、電磁繼電器、電池、交流電源、開關(guān)、導(dǎo)線和燈泡等。
(1)用導(dǎo)線連接各儀器。
(2)簡述其工作原理。
5.(報警系統(tǒng)的電路分析)小明利用熱敏電阻設(shè)計了一個過熱自動報警電路,如圖甲所示。將熱敏電阻RT安裝在需要探測溫度的地方,當(dāng)環(huán)境溫度正常時,繼電器的上觸點接觸,下觸點分離,指示燈亮;當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時,繼電器的下觸點接觸,上觸點分離,警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1=3 V,繼電器線圈用漆包線繞成,其電阻R0為30 Ω。當(dāng)線圈中的電流大于等于50 mA時,繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。

甲乙
(1)由圖乙可知,當(dāng)環(huán)境溫度為40 ℃時,熱敏電阻阻值為70Ω。當(dāng)環(huán)境溫度升高時,熱敏電阻阻值將減小,繼電器的磁性將增大。(后兩空均選填“增大”“減小”或“不變”)
(2)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B相連,指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。(均選填“A”或“B”)
(3)圖甲中線圈下端P的磁極是N(選填“N”或“S”)極。
(4)請計算說明,環(huán)境溫度在什么范圍內(nèi)時,警鈴報警。
環(huán)境溫度大于等于80 ℃時,警鈴報警。
一、選擇題(第1~3題為單選題,第4~5題為多選題)
1.下列情況不可能是由于水位控制裝置損壞引起的是( )
A.洗衣機(jī)不加水
B.洗衣機(jī)加水不能自動停止
C.洗衣機(jī)不排水
D.洗衣機(jī)不洗衣
2.下列器件是應(yīng)用力傳感器的是( )
A.鼠標(biāo)B.火災(zāi)報警器
C.測溫儀D.電子秤
3.下列說法正確的是( )
A.電飯鍋中的溫度傳感器的主要元件是氧化鐵
B.氧化鐵在常溫下具有鐵磁性,溫度很高時失去鐵磁性
C.用電飯鍋燒水,水開時能自動斷電
D.用電飯鍋煮飯時,溫控開關(guān)自動斷電后不能自動復(fù)位
4.（多選）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量），例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡單自動報警器的線路圖。則下列說法正確的是（）
A．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應(yīng)接在a處
B．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應(yīng)接在b處
C．若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P向右移動
D．如果在調(diào)試報警器達(dá)到最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路不能正常工作的原因可能是乙圖中左邊電源電壓太低
5.如圖所示,全自動洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動作的,當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時,控制鐵芯1的線圈通電,使鐵芯2運動,從而牽引排水閥的閥門排除污水。以下說法正確的是( )
A.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為N極,B端為S極
B.若輸入的控制電流由a流入,由b流出,則鐵芯2中A端為S極,B端為N極
C.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2不能被吸入線圈中
D.若a、b處輸入交變電流,鐵芯2仍能被吸入線圈中
6.某儀器內(nèi)部的電路如圖所示,其中M是一個質(zhì)量較大的金屬塊,左、右兩端分別與金屬絲制成的彈簧相連,并套在光滑水平細(xì)桿上,當(dāng)金屬塊處于平衡狀態(tài)時,兩根彈簧均處于原長,此時甲、乙兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是( )
A.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時,甲燈亮
B.當(dāng)汽車加速前進(jìn)時,乙燈亮
C.當(dāng)汽車剎車時,甲燈亮
D.當(dāng)汽車剎車時,乙燈亮
二、非選擇題
7.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件,合金絲電阻隨時間變化的關(guān)系如圖中實線①所示,由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同,熨斗的散熱功率不同,因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)波動,易損壞衣物。
有一種用主要成分為BaTiO3的特殊材料(被稱為PTC)作發(fā)熱元件的電熨斗,具有升溫快、能自動控制溫度的特點。PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實線②所示。根據(jù)圖線分析:
(1)為什么處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時比普通電熨斗升溫快?
(2)通電一段時間電熨斗溫度t自動穩(wěn)定在

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