(新課標)2018-2019學年高考物理 主題四 傳感器 4.3 實驗:傳感器的應用學案 新人教版選修3-2.doc
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4.3實驗:傳感器的應用一、實驗目的1.了解光控開關和溫度報警器的工作原理2.練習用傳感器制作自動控制設備二、實驗原理1.斯密特觸發(fā)器:當輸入端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.甲圖中當光線較強,RG變小,給A點提供低電平,光線暗時,RG變大,A點為高電平。3.乙圖中溫度正常,RT較大,A點為低電平,溫度升高到一定值,RT減小到一定值,A點為高電平。4.可以調節(jié)R1,使不同光線或溫度條件下A點獲得高電平或低電平。三、實驗器材1.光控開關實驗: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 k)、電阻R2(330 )、光敏電阻、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、黑紙。2.溫度報警器實驗:斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1 k)、集成電路實驗板、直流電源(5 V)、導線若干、燒杯(盛有熱水)。四、實驗過程1.光控開關(如圖1)圖1(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實驗板上。(2)檢查各元件的連接,確保無誤。(3)接通電源,調節(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,重復以上步驟。要想在天更黑一些路燈才會點亮,需要將滑動變阻器的阻值調大一些還是調小一些?通過做實驗驗證你的結論。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驗板上。(2)檢查各元件的連接,確保無誤。(3)接通電源,調節(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系。五、結果與分析1.2.六、注意事項1.安裝前,對器材進行測試,確保各元件性能良好后,再進行安裝。2.光控開關實驗中,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 k,R2為330 。白天,光的強度較大,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“導通”或“不導通”);當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“導通”或“不導通”),這樣就達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不導通;當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導通發(fā)光(相當于路燈亮了),這樣就達到了使路燈白天熄滅,天暗自動開啟的目的。答案小低不導通導通例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,火警時產生高溫,電鈴響起,在圖中虛線處應接入怎樣的元件?(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,即報警溫度調得稍低些,R的值應大一些還是小一些?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該較小,輸入與輸出相反,可見虛線處元件應是“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,反應較靈敏。答案見解析針對訓練 一路燈控制裝置如圖5所示,E6.0 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,應如何調節(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的光的強弱。白天光照強,RG的阻值較小,R1兩端的電壓U1較大,即A點電勢較高,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。若使路燈早一些亮時,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時,環(huán)境光線仍較強,RG偏小,要保證U1一定,必須調節(jié)R1使其變小。答案較小調節(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6A.當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BC2.(自動控制電路的分析與設計)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點轉動的鐵片,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7A.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路串聯B.A與B接信號電壓,C與D跟被控電路并聯C.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路串聯D.C與D接信號電壓,A與B跟被控電路并聯解析A、B接電磁繼電器的線圈,所以A、B應接信號電壓,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,進而起到控制作用,故選項A正確。答案A3.(自動控制電路的分析與設計)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,現有紅、綠燈泡各一個,紅燈泡應安在_位置,綠燈泡應安在_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,這時應綠燈亮,所以綠燈泡應安在A位置,當高出一定水位時,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,這時應紅燈亮,所以紅燈泡應安在B位置。答案BA4.(光控開關電路分析與設計)光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用,其中就可用于街道路燈的自動控制開關,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。當天亮時,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,吸下銜鐵使觸點斷開,路燈熄滅。當夜晚降臨,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,觸點接通,路燈點亮。答案見解析圖基礎過關1.(多選)如圖1所示為一個邏輯電平檢測電路,A與被測點相接,則()圖1A.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BC2.(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?!啊笔蔷哂刑厥夤δ艿姆情T,當加在它的輸入端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)會被點亮,下列說法正確的是()圖2A.天暗時,Y處于高電平B.天暗時,Y處于低電平C.當R1調大時,A端的電壓降低,燈(發(fā)光二極管)點亮D.當R1調大時,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)光二極管導通,選項B正確,A錯誤;將R1調大時,A端電勢降低,當降到某一值時,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BD3.(多選)如圖3所示,全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的,當進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()圖3A.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AD4.(多選)某同學設計的家庭電路保護裝置如圖4所示,鐵芯左側線圈L1由火線和零線并行繞成。當右側線圈L2中產生電流時,電流經放大器放大后,使電磁鐵吸起鐵質開關K,從而切斷家庭電路。僅考慮L1在鐵芯中產生的磁場,下列說法正確的有()圖4A.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K將被電磁鐵吸起解析由于零線、火線中電流方向相反,產生的磁場方向相反,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,產生感應電流,吸起K,切斷家庭電路,選項D正確。答案ABD5.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的門電路應是_門,當溫度較低時,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,故可判斷虛線框內應是“與”門,當溫度較低時,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,房間內的燈和插座才會有電。房卡的作用相當于一個_(填電路元件名稱)接在干路上。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。圖6解析(1)房卡可以控制房間內的燈和插座,不插入槽中,所有房間內的燈和插座都不工作,所以房卡相當干路上的電鍵。(2)將開關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87,45,69,13,210連接起來,構成正常的電門卡電路。如圖。答案(1)電鍵(2)見解析圖- 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