資源簡介

5.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置 學案
一學科核心素養
物理觀念∶了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理。
科學思維∶學會分析含有傳感器的電路，用科學的思維方式，來解決問題。
科學探究：通過對門窗防盜裝置、光控電路的實驗操作，提高實際動手能力的同時學會自己分析問題、解決問題，培養探究科學問題的興趣。。
科學態度與責任∶通過學習傳感器在生產、生活中的應用，體會科學對社會發展的推動作用。
二學習重難點
重點：了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理。
難點：通過學習門窗防盜裝置、光控電路的實驗過程及原理能夠制作簡單的自動控制裝置。
三課前預習
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）作為執行裝置。發光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發光二極管的限流電阻，起保護作用。蜂鳴器H作為報警提醒。電路設計如圖。
（2）電路工作原理
當門窗緊閉時，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發聲報警。
（3）實驗操作
①檢查干簧管：用_____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_____，分別觀察實驗現象。
2．在DIS實驗中，我們已經接觸和使用過的傳感器有__________、__________、__________、__________、__________、__________、__________、__________、__________。
3．如圖所示，圖甲為熱敏電阻的圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為當線圈的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢，內阻不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。
1）應該把恒溫箱內的加熱器接在______ 填“A、B 端”或“C、D 端”.
（2）如果要使恒溫箱內的溫度保持在，可變電阻的阻值應調節為______ 。
4．圖是一種自動控制水溫的裝置，加熱電路的兩個端點P、Q應棒在觸頭間a、b之間還是c、d之間__________.熱敏電阻兩端M、N應接在哪兩個觸頭之間_______.
5．在實際應用中有多種自動控溫裝置，以下是其中兩種控溫裝置：圖（a）為某自動恒溫箱原理圖，箱內的電阻R1=2kΩ，R2=1.5kΩ，R3=4kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖象如圖（b）所示．當a、b兩點電勢Ua＜Ub時，電壓鑒別器會令開關S接通，恒溫箱內的電熱絲發熱，使箱內溫度提高；當Ua＞Ub時，電壓鑒別器會使S斷開，停止加熱

（1）則恒溫箱內的穩定溫度為______℃；恒溫箱內的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為_______．
（2）有一種由PTC元件做成的加熱器，它產生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖象如圖（c）所示．該加熱器向周圍散熱的功率為PQ=k（t﹣t0），其中t為加熱器的溫度，t0為室溫（本題中取20℃），k=0.1W/℃．
①當PR=PQ時加熱器的溫度即可保持穩定，則該加熱器工作的穩定溫度為________℃；
②某次工作中，該加熱器從室溫升高至穩定溫度的過程中，下列溫度變化過程用時最短的是_____
（A）20℃～24℃ （B）32℃～36℃ （C）48℃～52℃ （D）60℃～64℃
6．如圖所示，電路的連接和用電器均完好，合上、，發現小燈泡不亮，原因是 _______ ；用電吹風對NTC熱敏電阻吹一會兒熱風，會發現小燈泡 _______ ，原因是 _______ ；停止吹風，會發現 _______ ；把熱敏電阻放入冷水中會發現 _______ .
7．智能化自動控制系統通常由______、______和______組成。使用模塊電路進行樓道自動燈控制，要求白天燈不亮、夜晚有聲響時燈才亮，則其輸入端需要使用______傳感器和______傳感器。
8．現要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統報警．提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內阻很小，流過的電流超過時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內阻不計），滑動變阻器（最大阻值為1 000 Ω），滑動變阻器（最大阻值為2 000 Ω），單刀雙擲開關一個，導線若干．
在室溫下對系統進行調節，已知U約為18 V，約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω．
（1）在答題卡上完成待調節的報警系統原理電路圖的連線_________．
（2）在電路中應選用滑動變阻器________（填“”或“”）．
（3）按照下列步驟調節此報警系統：
①電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據實驗要求，這一阻值為______Ω；滑動變阻器的滑片應置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______．
②將開關向______（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至______．
（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統即可正常使用．
四自我檢測
1．隨著科學的發展與生活水平的提高，傳感器已經進入日常生活．如圖所示為某居住小區門口利用光敏電阻設計的行人監控裝置，為光敏電阻（隨光照強度的增強，阻值減?。槎ㄖ惦娮瑁颖O控裝置．則下列說法正確的是
①當有人通過遮蔽光線時，之間的電壓升高
②當有人通過遮蔽光線時，之間的電壓降低
③當僅增大的阻值時，之間的電壓升高
①當僅減小的阻值時，之間的電壓升高
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
2．關于發光二極管，下列說法正確的是（　　）
A．發光二極管能發光，不具有單向導電性
B．發光二極管能直接把光能轉化為電能
C．發光二極管只要在兩端加有正向電壓，就可以發光
D．發光二極管只有加正向電壓時，才有可能發光
3．如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是（　?。?br/>A．溫度升高至時，亮燈報警 B．溫度升高至時，亮燈報警
C．溫度升高至時，亮燈報警 D．溫度升高至時，亮燈報警
4．在如圖所示的自動控制電路中，當開關S斷開時，工作電路的情況是（　　）
A．燈亮，電動機轉起來，電鈴響 B．燈亮，電動機轉起來，電鈴不響
C．燈不亮，電動機不轉，電鈴響 D．燈亮，電動機不轉，電鈴響
5．關于傳感器，下列說法正確的是（　?。?br/>A．自動門上安裝的是溫度傳感器
B．干簧管是將磁感應強度轉換為電阻的一種元件
C．話筒內有傳感器，該傳感器是根據電磁感應原理工作的
D．交警使用的酒精測試儀是一種物理傳感器，是靠吹氣的壓力來工作
6．如圖是利用太陽能給LED路燈供電的自動控制電路的示意圖。是光敏電阻，是保護定值電阻，日光充足時，電磁繼電器把銜鐵吸下，接入電路，太陽能電池板給蓄電池充電，光線不足時，銜鐵被彈簧拉起，與接入電路，蓄電池給LED路燈供電，路燈亮起，下列關于該電路分析正確的是（　?。?br/>A．該光敏電阻阻值隨光照強度增大而增大
B．增加電源電動勢可以增加路燈照明時間
C．增大保護電阻阻值可延長每天路燈照明時間
D．并聯更多的LED路燈可延長每天路燈照明時間
7．下列關于傳感器的結論中錯誤的是（　?。?br/>A．熱敏電阻可以作為溫度傳感器
B．電子秤使用應變片作為測力傳感器
C．話筒是一種常見的紅外線傳感器
D．電熨斗內一般裝有雙金屬片溫度傳感器
8．山地車上常安裝磁電式轉速傳感器以測量車速，傳感器主要由磁鐵和感應器組成，如圖甲所示。磁鐵固定在車輪輻條上，感應器由T形軟鐵、線圈等元件組成，如圖乙所示。車輪轉動時，線圈中就會產生感應電流。已知車輪的半徑為r，自行車勻速運動時測得線圈中感應電流的頻率為f。下列說法正確的是（ ）
A．自行車的車速為
B．當磁鐵距離線圈最近的時候，線圈中的磁通量最大
C．隨著車輪轉速的增加，線圈中感應電流的頻率增加但有效值不變
D．車輪轉動時線圈中的感應電流方向不變，只是大小發生周期性變化
9．下列有關傳感器的說法錯誤的是（　?。?br/>A．光電門能夠記錄遮光條的擋光時間，應用的是位移傳感器
B．電子秤利用的是壓力傳感器
C．電飯煲能自動加熱和保溫而不會把飯燒焦，應用的是溫度傳感器
D．走近自動門時，門會自動打開，應用的是紅外傳感器
10．如圖所示是某保密室的防盜報警電路，當有人闖入保密室時會使開關S閉合。下列說法正確的是（　　）
A．電磁繼電器與發電機工作原理相同 B．電磁鐵的磁性強弱只與電流大小有關
C．電磁鐵工作時，上端為S極 D．當有人闖入保密室時，b燈亮
參考答案：
三課前預習
1． 磁體 磁體靠近和離開干簧管
2． 電流 電壓 壓強 溫度 光強 聲音 位移 力 磁
3． A、B端 300Ω
4． a,b之間； e,f之間；
5． 25 ＞3kΩ 70 B
6． 見解析 亮了 見解析 小燈泡不會立即熄滅 小燈泡熄滅
7． 傳感器 控制器 執行器 光 聲
8． 連線如圖所示：
R2 650.0 b 接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞 c 報警器開始報警
四自我檢測
1．C
2．D
3．D
4．B
5．C
6．C
7．C
8．B
9．A
10．D

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