資源簡介

(共51張PPT)
第五章　傳感器
4.自制簡單的控制電路
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核心素養：1.進一步理解常用傳感器的工作原理及應用. 2.學會利用傳感器制作簡單 的自動控制電路.
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研習任務一　傳感器的應用
教材　認知
1. 電熨斗：其設定和控制溫度都是依靠熱雙金屬片溫度傳感器來實現.
2. 電飯鍋：依靠溫度傳感器（感溫鐵氧體）對烹煮過程進行控制.
3. 火災報警器是光傳感器的應用
煙霧報警器帶孔的罩子內裝有發光元件和受光元件，根據其結構特點一般可分為遮光 型和散射型兩種.
4. 一輛普通轎車上安裝幾十到近百個傳感器.
研習　經典
BD
A. 常溫下感溫鐵氧體具有較強的磁性，能自動吸起永磁體，通電加熱
B. 當溫度超過103 ℃時，感溫鐵氧體的磁性消失，彈簧推動杠桿斷開觸點
C. 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103 ℃，這時開關按鈕不會跳起
D. 常壓下只要鍋內有水，鍋內的溫度不可能達到103 ℃，開關按鈕就不會自動跳起
解析：開始煮飯時，用手壓下開關按鈕，永磁鐵與感溫鐵氧體相吸，手松開后，按鈕 不再恢復到題圖所示狀態，電路接通，電飯鍋加熱，因此感溫鐵氧體不會自動吸起永 磁鐵，故A錯誤；如果在標準大氣壓下用電飯鍋燒水，水沸騰后溫度為100 ℃，不會 自動斷電，只有當水燒干后，溫度升高達到103 ℃時，感溫鐵氧體失去了磁性，會自 動斷電，故B、D正確；飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當溫度升至103 ℃時，感溫鐵氧體失去磁性，在彈簧作用下，開關按鈕會自動跳起，從而切斷電源， 故C錯誤.
對應　訓練
A. 隨環境溫度逐漸升高，A端電勢不斷增大
B. 若蜂鳴器開始報警，則A端電勢高于1.6 V
C. 若滑片P向a端移動，則該系統觸發報警的溫度將降低
D. 蜂鳴器報警時，若環境溫度降低，當A端電勢到1.0 V時，蜂 鳴器已停止工作
C
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研習任務二　光控LED燈
教材　認知
1. 實驗器材和裝置
（1）晶體三極管
三個電極：①發射極e；②基極b；③集電極c.
起到開關和放大作用.
起到二級放大，驅動發光二極管發光的作用.
（2）實驗器材：發光二極管（LED），NPN型三極管Q1，PNP型三極管Q2，光敏電 阻RL，可調電阻R1，限流、保護電阻R2、R3.
（3）實驗電路圖
2. 電路工作原理
有光照的情況下，光敏電阻的阻值只有幾歐到幾十歐，Q1的基極與發射極間電壓小， 不能導通；Q2的發射極與基極間電壓也較小，也不能導通，所以LED不會發光.無光 照時，光敏電阻的阻值會達到MΩ量級.Q1的基極與發射極間電壓大，導通，Q2的發 射極與基極間電壓較大，導通，于是LED發光.
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，調節R1，使發光二極管LED剛好不發光.
（3）減弱光敏電阻的光照強度，當光減弱到某種程度時，發光二極管LED發光.
（4）讓光照加強，當光照強到某種程度時，發光二極管LED熄滅.
研習　經典
[典例2]　光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用.街道路燈自動控制就是其應用之 一，如圖所示電路為模擬電路，其中A為一光敏電阻，B為電磁繼電器，C為電流信號 放大器，D為路燈.請連成正確的電路，達到日出路燈熄、日落路燈亮的效果.
答案：見解析圖
解析：當有光照射時，光敏電阻阻值較小，電流經過放大器輸出一個較大的電流，驅 動電磁繼電器吸合，使兩個觸點斷開；當無光照時，光敏電阻阻值增大，電流減小， 放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個觸點閉合，控制路燈電路接通， 路燈開始工作，電路如圖所示.
對應　訓練
A. 白天有光照時，光傳感器自動閉合
B. 夜晚無光照時，光傳感器自動斷開
C. 有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動斷開
D. 夜晚狂風大作時，過道燈亮了，說明聲傳感器和光傳感器都 沒壞
D
解析：根據題意可知，白天有光照時，光傳感器自動斷開，夜晚無光照時，光傳感器 自動閉合，有人走動或發出聲音時，聲傳感器自動閉合，兩個開關同時閉合，燈就會 自動亮，故A、B、C錯誤；夜晚狂風大作時，過道燈亮了，說明聲傳感器和光傳感器 都沒有損壞，故D正確.故選D.
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研習任務三　溫度報警器
教材　認知
1. 實驗器材和裝置：熱敏電阻、溫度計、干電池、手電筒、蜂鳴器、開關、導線、 電阻箱.
2. 電路工作原理：利用熱敏電阻作控制元件，從而通過溫度來實現自動控制，當溫 度發生變化時，電阻RT的阻值發生變化，電路中的電流變化，當RT的阻值變化到一定 值時，蜂鳴器發聲報警.
3. 實驗步驟
（1）先檢測蜂鳴器的工作情況，有無損壞.
（2）按照電路圖連接電路，把熱敏電阻放置到溫控箱里.
（3）把電阻箱調到預設好的電阻，然后閉合開關.
（4）不斷調節溫控箱中的溫度.當蜂鳴器開始報警時，停止加熱，記錄下溫度 計的示數.
（5）改變電阻箱的電阻，重復上述步驟.
研習　經典
[典例3]　熱敏電阻包括正溫度系數電阻器（PTC）和負溫度系數電阻器（NTC），正 溫度系數電阻器的電阻隨溫度的升高而增大，負溫度系數電阻器的電阻隨溫度的升高 而減小.某實驗小組選用下列器材探究某一熱敏電阻Rx的導電特性.
A. 電池組（3 V、內阻1 Ω）
B. 電流表（0～0.6 A，內阻約0.125 Ω）
C. 電壓表（0～3 V，內阻約4 kΩ）
D. 滑動變阻器（0～20 Ω，允許最大電流1 A）
E. 滑動變阻器（0～2 000 Ω，允許最大電流0.3 A）
F. 開關、導線
（1）實驗采用的電路圖如圖甲所示，則滑動變阻器選 .（填儀器前的字母 序號）
　　　　　　甲　　　　　　　　乙
解析：（1）滑動變阻器采用分壓式接法，則選小范圍阻值，故選D.
（2）用該電路測量電阻，測量值 （選填“大于”或“小于”）真實值.
解析：（2）電流表采用內接法，則電阻的測量值大于真實值.
D　
大于　
（3）該小組測出某個熱敏電阻的U－I圖像如圖乙所示，請分析說明該曲線對應的熱 敏電阻是 （選填“PTC”或“NTC”）熱敏電阻.
解析：（3）由題圖乙可知，U－I圖像中圖線上各點與原點連線的斜率逐漸變大，則 阻值隨溫度的升高而增大，說明該曲線對應的熱敏電阻是PTC熱敏電阻.
（4）在本實驗中，某同學用螺旋測微器測該電阻絲的直徑如圖丙所示，直徑 為 mm.
丙
PTC　
4.487　
　　乙
解析：（4）螺旋測微器測得該電阻絲的直徑為D＝4 mm＋0.01 mm×48.7＝4.487 mm.
對應　訓練
3. 某同學在做“利用傳感器制作簡單的自動控制裝置”的實驗中，所用熱敏電阻RT 的阻值隨溫度升高而減小，由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的自動報警器原理圖如圖 所示，其中左側為控制電路，右側為工作電路.
（1）為了使溫度過高時報警器響鈴，
c應接在 （填“a”或“b”）處.
b　
解析：（1）溫度升高時熱敏電阻阻值減小，控制電路中的電流增大，則電磁鐵的磁性增強，將銜鐵吸引下來與下方b處接通，故c應接在b處.
（2）若要使啟動報警的溫度降低些，應將滑動變阻器的滑片P向 （填“上”或 “下”）移動.
上　
解析：（2）若要使啟動報警的溫度降低些，相當于增大臨界狀態的熱敏電阻阻值，為了仍等于電磁鐵將銜鐵吸引下來的電流臨界值，則需要減小滑動變阻器的阻值，即滑片P向上移動.
（3）如果報警器達到報警溫度時，無論如何調節滑動變阻器的滑片P都不能使報警器 響鈴，檢查后發現電路連接完好，各電路元件完好，則造成電路不能正常工作的原因 可能是 .
A. 控制電路中電源E1的電動勢過小
B. 繼電器中線圈匝數過多
C. 繼電器中彈簧勁度系數過大
AC　
解析：（3）報警器響鈴的條件是控制電路中的電流大于等于臨界值，控制電路中電源E1的電動勢過小，即使無論如何調節滑動變阻器的滑片P都無法使電路中的電流升高到臨界值，故A正確；繼電器中線圈匝數過多，使電磁鐵磁性更強，更容易使報警器報 警，故B錯誤；繼電器中彈簧勁度系數過大時，電磁鐵在到達臨界條件的電流時，引 力無法將銜鐵吸引下來，故C正確.
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課時作業（十八）
[基礎訓練]
A. 向右偏到某一刻度后回到零刻度
B. 向左偏到某一刻度后回到零刻度
C. 向右偏到某一刻度后不動
D. 向左偏到某一刻度后不動
A
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A. 常溫下，電熨斗的上下觸點應該是分離的
B. 圖中雙金屬片上層的膨脹系數大于下層金屬片的膨脹系數
C. 熨燙棉麻衣物時需要設定較高的溫度，應旋轉調溫旋鈕，使升降螺釘上升
D. 熨燙絲綢衣物時需要設定較低的溫度，應旋轉調溫旋鈕，使升螺釘上升
BD
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解析：常溫時，電熨斗的上下觸點接觸，這樣電熨斗接通電源后能進行加熱.當溫度 過高時雙金屬片膨脹，因上層的熱膨脹系數較大，故上層膨脹得厲害，雙金屬片向下 彎曲，彎曲到一定程度后，兩觸點分離，電路斷開，電熱絲停止加熱；當溫度降低 后，雙金屬片恢復原狀，重新接通電路加熱，故A錯誤，B正確.熨燙棉麻衣物需要設 定較高的溫度，也就是要求雙金屬片彎曲程度較大時，兩觸點分離，所以應使升降螺 釘下降；熨燙絲綢衣物需要設定較低的溫度，應使升降螺釘上升，故C錯誤，D正確.
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A. 當有人通過而遮住光線時，A、B之間電壓升高
B. 當有人通過而遮住光線時，A、B之間電壓降低
C. 當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
D. 當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓
解析：R1是光敏電阻，有光照射時，電阻變小，當有人通過而遮住光線時，R1的阻值 變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A項錯誤，B項正確；由閉 合電路歐姆定律得：U＝E－I（R1＋r），當僅增大R2的阻值時，電路中的電流減小， A、B間的電壓U增大，故C項正確；當減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間 的電壓U減小，故D項錯誤.
BC
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A. 溫度升高至74 ℃時，燈L1亮報警
B. 溫度升高至74 ℃時，燈L2亮報警
C. 溫度升高至78 ℃時，燈L1亮報警
D. 溫度升高至78 ℃時，燈L2亮報警
解析：當溫度低于78 ℃時，線圈中沒有電流，此時僅燈L1亮，并不報警；當溫度升 高到78 ℃時，線圈中有電流，磁體吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮報警.
D
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A. I變大，U變小 B. I變小，U變大
C. I變大，U變大 D. I變小，U變小
解析：由“串反并同”知當傳感器處出現磁體，RB減小時，干路電流變大，U變小， 電流表示數變大，即I變大，故A對，B、C、D錯.
A
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6. 磁力鎖主要由電磁鐵和銜鐵組成.某小組用如圖甲所示的裝置研究電磁鐵線圈的工 作電壓與銜鐵所受磁力大小的關系，彈性梁一端連接有銜鐵，在外力作用下可以上下 運動，另一端固定于墻壁，電磁鐵位于銜鐵正下方，V1為理想電壓表.
　
甲 乙
（1）為增大電磁鐵產生的磁感應強度，變阻器的滑片P應向 （填“c”或 “d”）端移動.
解析：（1）根據電流的磁效應，電流越大，產生的磁感應強度越強，為了增加電磁鐵產生的磁感應強度，變阻器的滑片應該滑向c端.
c
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（2）已知電磁鐵線圈的直流電阻為30 Ω，滑動變阻器的最大阻值為170 Ω，電源E的 電動勢為12.0 V，滑動變阻器能提供的最大分壓為11.9 V，則電源E的內阻 為 Ω（結果保留2位有效數字）.
0.21
甲 乙
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解析：（3）線圈通電吸引銜鐵下移時，應變片變長，根據電阻定律，R1的阻值將增大.根據串聯電路分壓規律可知，電阻增大，電壓增大，所以電壓表V2的讀數將增大.
增大
增
大
乙
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（4）在線圈通電吸合銜鐵后，用外力F使電磁鐵和銜鐵剛好分開，測得外力F與線圈 兩端電壓U的關系如圖丙所示，若要求該鎖能抵抗1 200 N的外力，則線圈兩端電壓至 少為 V.
解析：（4）由圖丙可知，F＝1 200 N時對應的電 壓為6.0 V，即要求該鎖能抵抗1 200 N的外力，則 電壓至少為6.0 V.
丙
6.0
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7. 如圖甲所示為某賓館的房卡，只有把房卡插入槽中，房間內的燈和插座才會有電.
（1）房卡的作用相當于一個 （填電路元件名稱）接在干路上.
解析：（1）房卡可以控制房間內的燈和插座，不插入插槽中，所有房間內的燈和插座都不工作，所以房卡相當干路上的開關.
開關
甲
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（2）如圖乙所示，當房客進門時，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時由于磁 鐵吸引簧片，開關B就接通，通過繼電器J使整個房間的電器的總開關接通，房客便能 使用室內各種用電器.當繼電器工作時，cd相吸，ab便接通.請你將各接線端1、2、 3、4、5、6、7、8、9、10適當地連接起來，構成正常的電門卡電路.
乙
答案：（2）圖見解析
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解析（2）將干簧管與電源E、線圈連成一個回路；將三個燈泡所在電路與交流電流接 成回路，即按8—7，4—5，6—9，1—3，2—10連接起來，構成正常的電門卡電路， 如圖.
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[能力提升]
8. 如圖所示是某研究學習小組模擬街道路燈自動控制電路的電路圖，光控開關 可采用光敏電阻來控制，光敏電阻的阻值隨著光照強度的增強而減小，利用直 流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電.為達到天亮燈熄、天暗燈亮的 效果，路燈應接在 （填“AB”或“BC”）之間，請用筆畫線代替導 線，正確連接部分電路元件.
AB　
答案：　見解析圖
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解析：該模擬電路原理是：由光敏電阻感知光照強度變化，調節電磁鐵中電流的大 小，即可調節電磁鐵的磁性強弱，吸引或者釋放銜鐵，從而斷開或接通路燈，達到天 亮燈熄、天暗燈亮的效果.因為天亮時光照強度大，光敏電阻阻值較小，電路的電流 較大，電磁鐵的磁性強，可將銜鐵吸下，接通BC，
斷開AB；又因為天亮需要斷開路燈，所以路燈應
接在AB之間.電路連線直接將DE兩端口與光敏電
阻、滑動變阻器、開關以及電源串聯即可.電路
如圖所示.
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9. 傳感器擔負著信息采集的任務，在自動控制中發揮著重要作用，傳感器能夠將感 受到的物理量（如溫度、光、聲等）轉換成便于測量的量（電學量），例如熱敏傳感 器.某熱敏電阻RT阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由該熱敏電阻RT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響鈴，c應接在 （填“a”或“b”）處.
a　
解析：（1）由題圖甲可知，熱敏電阻RT在溫度升高時阻值變小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強，把右側銜鐵吸引過來，與a接觸，故c應接在a處.
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（2）若要使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向 （填“左”或 “右”）移動.
解析：（2）若要使啟動報警的溫度提高，則應使電路中 電阻更大，滑動變阻器的滑片P向左移動.
左　
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電源提供的電壓太小以至于電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度
系數太大，電磁鐵的吸引力不能使彈簧發生足夠大的形變
解析：（3）電源提供的電壓太小以至于電磁鐵磁性太弱 或彈簧勁度系數太大，電磁鐵的吸引力不能使彈簧發生 足夠大的形變.
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10. 為了比賽的公平公正，學校短跑比賽設計安裝了一款防搶跑裝置，該裝置安裝在 起跑線前，如圖甲所示，丙圖是其工作原理圖：起跑發令槍發令前，開關S1、S2、S3 都閉合，K與A端相連，綠燈亮；發令槍扳機和開關S2相連動，扣動扳機，槍響同時 開關S2斷開；當電流表示數小于或等于30 mA時，在彈簧彈力作用下，K與A端相連， 綠燈亮，無人搶跑；當電流表示數大于30 mA時，銜鐵被吸下，K與B端相連，紅燈亮 同時鈴聲響，有人搶跑.已知兩電路電源電壓均為6 V，保持不變，壓力傳感器R的阻 值隨所受壓力變化的圖像如圖乙所示，壓板重力不計，電磁鐵線圈電阻不計.
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（1）起跑發令槍發令前，開關S1、S2、S3都閉合，壓力傳感器R壓板上無人（壓力F ＝0）時，左端電路消耗的電功率為多少？
答案：（1）0.12 W　
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（2）比賽時，起跑發令槍發令前，搶跑同學踩在壓板上的壓力F為900 N時，左端電 路電流表讀數為多少？
答案：（2）0.06 A　
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（3）比賽時，槍聲響起后，若某同學踩在壓板上的力為1 500 N時，要使得紅燈不 亮，電阻R0至少為多大？
答案：（3）150 Ω
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