（新课标）2018-2019学年高考物理 主题四 传感器 4.3 实验：传感器的应用学案 新人教版选修3-2.doc

4.3实验：传感器的应用一、实验目的1.了解光控开关和温度报警器的工作原理2.练习用传感器制作自动控制设备二、实验原理1.斯密特触发器：当输入端A的电压逐渐上升到某一值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，甲图中LED发光，乙图中蜂鸣器发声，当输入端A电压下降到某一值(0.8 V)时，输出端Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)，甲图中LED熄灭，乙图中蜂鸣器停止发声。2.甲图中当光线较强，RG变小，给A点提供低电平，光线暗时，RG变大，A点为高电平。3.乙图中温度正常，RT较大，A点为低电平，温度升高到一定值，RT减小到一定值，A点为高电平。4.可以调节R1，使不同光线或温度条件下A点获得高电平或低电平。三、实验器材1.光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 k)、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。2.温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。四、实验过程1.光控开关(如图1)图1(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接，确保无误。(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。(4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。(5)渐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。(6)改变滑动变阻器的滑片位置，重复以上步骤。要想在天更黑一些路灯才会点亮，需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些？通过做实验验证你的结论。2.温度报警器(如图2)图2(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。(2)检查各元件的连接，确保无误。(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声。(4)将热敏电阻放入热水中，注意蜂鸣器是否发声。(5)将热敏电阻从热水中取出，注意峰鸣器是否发声。(6)改变滑动变阻器的滑片位置，分析变阻器的阻值大小和报警的关系。五、结果与分析1.2.六、注意事项1.安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。2.光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则电磁继电器不能正常工作。精典示例例1 如图3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51 k，R2为330 。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(1.6 V)，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3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(1.6 V)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。答案小低不导通导通例2 如图4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4(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？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。答案见解析针对训练 一路灯控制装置如图5所示，E6.0 V，RG为光敏电阻，光照射RG时，RG变小。白天时，继电器J两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节R1?图5解析由题可知，按照逻辑分析法，引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻RG的光的强弱。白天光照强，RG的阻值较小，R1两端的电压U1较大，即A点电势较高，则Y端为低电平，继电器两端电压较小，不工作，路灯不亮。而夜间的情形恰好相反。所以白天时，继电器J两端电压较小。若使路灯早一些亮时，首先要明确继电器的动作电压UJ一定，Y端电平一定，A端电平一定，则R1两端的电压U1一定，因U1，则可知要使路灯早些亮时，环境光线仍较强，RG偏小，要保证U1一定，必须调节R1使其变小。答案较小调节R1使其变小1.(温度报警器电路分析)(多选)如图6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6A.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答案BC2.(自动控制电路的分析与设计)如图7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7A.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，故选项A正确。答案A3.(自动控制电路的分析与设计)如图8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8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。答案BA4.(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9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9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。答案见解析图基础过关1.(多选)如图1所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则()图1A.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，故选项B、C正确。答案BC2.(多选)如图2所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻。“”是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，输出端Y会从低电平跳到高电平。要求在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮，下列说法正确的是()图2A.天暗时，Y处于高电平B.天暗时，Y处于低电平C.当R1调大时，A端的电压降低，灯(发光二极管)点亮D.当R1调大时，A端的电压降低，灯(发光二极管)熄灭解析天暗时，RG电阻值大，A端为高电平，所以输出端Y为低电平，发光二极管导通，选项B正确，A错误；将R1调大时，A端电势降低，当降到某一值时，输出端变为高电平，灯(发光二极管)熄灭，选项D正确，C错误。答案BD3.(多选)如图3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。以下说法正确的是()图3A.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仍能被吸入线圈中解析铁芯被通电螺线管磁化。所以选项A、D正确。答案AD4.(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图4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()图4A.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。答案ABD5.如图5所示是热水器的恒温集成电路，R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小。如果热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器。如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于_(选填“断路”或“短路”)状态，则在电路图的虚线框内的门电路应是_门，当温度较低时，门电路的输入端A是_(选填“高”或“低”)电势。图5解析热水器中没有水，BC部分相当于断路。热水器中没有水或水温较高时，继电器都能使发热器断路，故可判断虚线框内应是“与”门，当温度较低时，R0阻值较大，故门电路输入端A是高电势。答案断路与高能力提升6.如图6甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个_(填电路元件名称)接在干路上。如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，cd相吸，ab便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。图6解析(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的电键。(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按87，45，69，13，210连接起来，构成正常的电门卡电路。如图。答案(1)电键(2)见解析图