（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題四 傳感器 4.3 實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2.doc

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4.3　實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.了解光控開關(guān)和溫度報警器的工作原理 2.練習(xí)用傳感器制作自動控制設(shè)備 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.斯密特觸發(fā)器：當(dāng)輸入端A的電壓逐漸上升到某一值(1.6 V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25 V)，甲圖中LED發(fā)光，乙圖中蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)輸入端A電壓下降到某一值(0.8 V)時，輸出端Y會從低電平跳到高電平(3.4 V)，甲圖中LED熄滅，乙圖中蜂鳴器停止發(fā)聲。 2.甲圖中當(dāng)光線較強(qiáng)，RG變小，給A點(diǎn)提供低電平，光線暗時，RG變大，A點(diǎn)為高電平。 3.乙圖中溫度正常，RT較大，A點(diǎn)為低電平，溫度升高到一定值，RT減小到一定值，A點(diǎn)為高電平。 4.可以調(diào)節(jié)R1，使不同光線或溫度條件下A點(diǎn)獲得高電平或低電平。 三、實(shí)驗(yàn)器材 1.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)：斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V，0.3 A)、可變電阻R1(最大阻值51 kΩ)、電阻R2(330 Ω)、光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、黑紙。 2.溫度報警器實(shí)驗(yàn)：斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、燒杯(盛有熱水)。 四、實(shí)驗(yàn)過程 1.光控開關(guān)(如圖1) 圖1 (1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。 (2)檢查各元件的連接，確保無誤。 (3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮。 (4)用黑紙漸漸遮住光敏電阻，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。 (5)漸漸撤掉黑紙，觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài)。 (6)改變滑動變阻器的滑片位置，重復(fù)以上步驟。要想在天更黑一些路燈才會點(diǎn)亮，需要將滑動變阻器的阻值調(diào)大一些還是調(diào)小一些？通過做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的結(jié)論。 2.溫度報警器(如圖2) 圖2 (1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上。 (2)檢查各元件的連接，確保無誤。 (3)接通電源，調(diào)節(jié)電阻R1，使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲。 (4)將熱敏電阻放入熱水中，注意蜂鳴器是否發(fā)聲。 (5)將熱敏電阻從熱水中取出，注意峰鳴器是否發(fā)聲。 (6)改變滑動變阻器的滑片位置，分析變阻器的阻值大小和報警的關(guān)系。 五、結(jié)果與分析 1.→→→→→ 2.→→→→→ 六、注意事項 1.安裝前，對器材進(jìn)行測試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝。 2.光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，二極管連入電路的極性不能反接，否則電磁繼電器不能正常工作。 [精典示例] [例1] 如圖3所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51 kΩ，R2為330 Ω。白天，光的強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較____，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較________，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED________(填“導(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)；當(dāng)天色暗到一定程度時，RG的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個值(1.6 V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED______(填“導(dǎo)通”或“不導(dǎo)通”)，這樣就達(dá)到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的。 圖3 解析　白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時，RG阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值(1.6 V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的。 答案　小　低　不導(dǎo)通　導(dǎo)通 [例2] 如圖4所示，是一個火警報警裝置的邏輯電路圖。RT是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，R是一個阻值較小的分壓電阻。 圖4 (1)要做到低溫時電鈴不響，火警時產(chǎn)生高溫，電鈴響起，在圖中虛線處應(yīng)接入怎樣的元件？ (2)為什么溫度高時電鈴會被接通？ (3)為了提高該電路的靈敏度，即報警溫度調(diào)得稍低些，R的值應(yīng)大一些還是小一些？ 解析　(1)溫度較低時RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之間電壓較大。要求此時電鈴不響，表明輸出給電鈴的電壓應(yīng)該較小，輸入與輸出相反，可見虛線處元件應(yīng)是“非”門。 (2)高溫時RT的阻值減小，P、X之間電壓降低，輸入低電壓時，從“非”門輸出的是高電壓，電鈴響起。 (3)由前面分析可知，若R較大，由于它的分壓作用，RT兩端的電壓降低，則外界溫度不太高時，就能使P、X之間電壓降到低電壓輸入，電鈴就能發(fā)聲，因此R較大時，反應(yīng)較靈敏。 答案　見解析 [針對訓(xùn)練] 一路燈控制裝置如圖5所示，E＝6.0 V，RG為光敏電阻，光照射RG時，RG變小。白天時，繼電器J兩端電壓是較大還是較?。恳孤窡舯绕綍r早一些時間亮起來，應(yīng)如何調(diào)節(jié)R1? 圖5 解析　由題可知，按照邏輯分析法，引起電路狀態(tài)變化的原因是照射光敏電阻RG的光的強(qiáng)弱。白天光照強(qiáng)，RG的阻值較小，R1兩端的電壓U1＝較大，即A點(diǎn)電勢較高，則Y端為低電平，繼電器兩端電壓較小，不工作，路燈不亮。而夜間的情形恰好相反。所以白天時，繼電器J兩端電壓較小。若使路燈早一些亮?xí)r，首先要明確繼電器的動作電壓UJ一定，Y端電平一定，A端電平一定，則R1兩端的電壓U1一定，因U1＝＝，則可知要使路燈早些亮?xí)r，環(huán)境光線仍較強(qiáng)，RG偏小，要保證U1一定，必須調(diào)節(jié)R1使其變小。 答案　較小　調(diào)節(jié)R1使其變小 1.(溫度報警器電路分析)(多選)如圖6是溫度報警器的電路示意圖，下面對此電路的分析正確的是(　　) 圖6 A.當(dāng)RT的溫度升高時，其阻值減小，A端電勢降低，Y端電勢升高，蜂鳴器會發(fā)出報警聲 B.當(dāng)RT的溫度升高時，其阻值減小，A端電勢升高，Y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲 C.當(dāng)增大R1時，A端電勢升高，Y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報警聲 D.當(dāng)增大R1時，A端電勢降低，Y端電勢升高，蜂鳴器會發(fā)出報警聲 答案　BC 2.(自動控制電路的分析與設(shè)計)如圖7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(　　) 圖7 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) 解析　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，故選項A正確。 答案　A 3.(自動控制電路的分析與設(shè)計)如圖8所示是自動水位報警的示意圖，其中繼電器的線圈通過電流時，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸。若要求水位正常時綠燈亮，高出一定水位時紅燈亮，現(xiàn)有紅、綠燈泡各一個，紅燈泡應(yīng)安在________位置，綠燈泡應(yīng)安在______位置(填“A”或“B”)。 圖8 解析　水位正常時，線圈中沒有電流，銜鐵1與觸頭3接觸，這時應(yīng)綠燈亮，所以綠燈泡應(yīng)安在A位置，當(dāng)高出一定水位時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵1，使它與觸頭3斷開，與觸頭2接觸，這時應(yīng)紅燈亮，所以紅燈泡應(yīng)安在B位置。 答案　B　A 4.(光控開關(guān)電路分析與設(shè)計)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9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。 圖9 解析　電路連接如圖所示。當(dāng)天亮?xí)r，光線照射光敏電阻A，其阻值迅速減小，控制回路電流增大，電磁繼電器B工作，吸下銜鐵使觸點(diǎn)斷開，路燈熄滅。當(dāng)夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻A的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮。 答案　見解析圖 基礎(chǔ)過關(guān) 1.(多選)如圖1所示為一個邏輯電平檢測電路，A與被測點(diǎn)相接，則(　　) 圖1 A.A為低電平，LED發(fā)光 B.A為高電平，LED發(fā)光 C.A為低電平，LED不發(fā)光 D.A為高電平，LED不發(fā)光 解析　A為低電平時，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電平時，Y為低電平，LED的電壓大，發(fā)光，故選項B、C正確。 答案　BC 2.(多選)如圖2所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻。“”是具有特殊功能的非門，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個值時，輸出端Y會從低電平跳到高電平。要求在天暗時路燈(發(fā)光二極管)會被點(diǎn)亮，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.天暗時，Y處于高電平 B.天暗時，Y處于低電平 C.當(dāng)R1調(diào)大時，A端的電壓降低，燈(發(fā)光二極管)點(diǎn)亮 D.當(dāng)R1調(diào)大時，A端的電壓降低，燈(發(fā)光二極管)熄滅 解析　天暗時，RG電阻值大，A端為高電平，所以輸出端Y為低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，選項B正確，A錯誤；將R1調(diào)大時，A端電勢降低，當(dāng)降到某一值時，輸出端變?yōu)楦唠娖?，?發(fā)光二極管)熄滅，選項D正確，C錯誤。 答案　BD 3.(多選)如圖3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(yùn)動，從而牽引排水閥的閥門排除污水。以下說法正確的是(　　) 圖3 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 解析　鐵芯被通電螺線管磁化。所以選項A、D正確。 答案　AD 4.(多選)某同學(xué)設(shè)計的家庭電路保護(hù)裝置如圖4所示，鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成。當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的有(　　) 圖4 A.家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零 B.家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變 C.家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起 D.地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起 解析　由于零線、火線中電流方向相反，產(chǎn)生的磁場方向相反，所以家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零，選項A正確；家庭電路短路和用電器增多時均不會引起L2的磁通量的變化，選項B正確，C錯誤；地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，線圈L1中磁場變化引起L2中磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，吸起K，切斷家庭電路，選項D正確。 答案　ABD 5.如圖5所示是熱水器的恒溫集成電路，R0是熱敏電阻，溫度較低時其阻值很大，溫度較高時阻值很小。如果熱水器中沒有水或水溫較高時，繼電器會放開簧片，發(fā)熱器斷路，反之會吸住簧片接通發(fā)熱器。如果熱水器中沒有水時，電路中BC部分就處于________(選填“斷路”或“短路”)狀態(tài)，則在電路圖的虛線框內(nèi)的門電路應(yīng)是________門，當(dāng)溫度較低時，門電路的輸入端A是________(選填“高”或“低”)電勢。 圖5 解析　熱水器中沒有水，BC部分相當(dāng)于斷路。熱水器中沒有水或水溫較高時，繼電器都能使發(fā)熱器斷路，故可判斷虛線框內(nèi)應(yīng)是“與”門，當(dāng)溫度較低時，R0阻值較大，故門電路輸入端A是高電勢。 答案　斷路　與　高 能力提升 6.如圖6甲所示為某賓館的房卡，只有把房卡插入槽中，房間內(nèi)的燈和插座才會有電。房卡的作用相當(dāng)于一個________(填電路元件名稱)接在干路上。 如圖乙所示，當(dāng)房客進(jìn)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(guān)B就接通，通過繼電器J使整個房間的電器的總開關(guān)接通，房客便能使用室內(nèi)各種用電器。當(dāng)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(dāng)?shù)剡B接起來，構(gòu)成正常的電門卡電路。 圖6 解析　(1)房卡可以控制房間內(nèi)的燈和插座，不插入槽中，所有房間內(nèi)的燈和插座都不工作，所以房卡相當(dāng)干路上的電鍵。 (2)將開關(guān)B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(gòu)成正常的電門卡電路。如圖。 答案　(1)電鍵　(2)見解析圖