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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 利用传感器制作简单的自动控制装置精品导学案
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册3 利用传感器制作简单的自动控制装置精品导学案，文件包含53利用传感器制作简单的自动控制装置解析版docx、53利用传感器制作简单的自动控制装置原卷版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共31页， 欢迎下载使用。
5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
基础知识梳理
一、实验1 门窗防盗报警装置
1．实验器材和装置
干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图.
2．电路工作原理
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．
3．实验操作
(1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作．
(2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作．
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
二、实验2 光控开关
1．实验器材和装置
光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图甲．
为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示．
2．电路工作原理
(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮．
(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L.
3．实验操作
(1)连接电路，检查无误后，接通电源．
(2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．
(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光．
(4)让光照加强，当光增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭．
典型例题分析
考点一：光控开关
【例1】夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控 开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合 使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（ ）
A． B．
C． D．
【变式练习】
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是( )
A．温度传感器和光电传感器
B．光电传感器和声音传感器
C．声音传感器和热电传感器
D．温度传感器和热电传感器
2．许多楼道灯具有这样的功能，天黑时，出现声音就开启，而在白天时，即使有声音它也没有什么反应，它的控制电路中接入的两个传感器是（ ）
A．温度传感器和声传感器
B．温度传感器和力传感器
C．光传感器和力传感器
D．光传感器和声传感器
考点二：温度报警器
【例2】如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计（水银导电）。常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（ ）
A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开
B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警
C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮
D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
【变式练习】
1．如图是一个火警报警装置的逻辑电路图，Rt是热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是阻值较小的可调电阻，以下说法中正确的是（ ）
A．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“非门”元件
B．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“与门”元件
C．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“或门”元件
D．为提高电路的灵敏度，图中的电阻R应调的小一些
课后小练
一、单选题
1．传感器在日常生活中有广泛的应用，超市里的电子秤使用的是（ ）
A．超声波传感器 B．压力传感器
C．温度传感器 D．红外线传感器
2．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（ ）
A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
3．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感器记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（ ）
A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件
C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s
4．霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，其中元件中的载流子是带负电的电荷，下列说法中正确的是（ ）
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．该元件C面的电势高于D面的
C．如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持工作面水平
D．如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
5．如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，当传感器所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
6．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（ ）
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间
7．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻使，当有烟雾时，开始触发工作，其中是光敏电阻，由此可知，要使开始工作，则应满足（ ）
A． B． C． D．无法判断
8．图甲是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 kΩ，R2 =10 kΩ，R3 =40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab ≤ 0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）
A．10℃ B．20℃ C．35℃ D．45℃
二、多选题
9．如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置，则（ ）
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压增大
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压减小
C．当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大
D．当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大
10．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；J为继电器的线圈，为它的常开触点，下列说法正确的是（ ）
A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮
B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把的阻值调大些
C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些
D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路
11．某一热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图（a）所示，利用此热敏电阻制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示，E为直流电源（电动势为9V，内阻可忽略），当输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则下列说法中正确的是（ ）
A．R1应使用热敏电阻
B．R2应使用热敏电阻
C．R1为固定电阻，阻值为0.4kΩ
D．R2为固定电阻，阻值为1.6kΩ
三、实验题
12．为节能减排，保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求（电源及电流表内阻不计），其示意图如图甲所示。
（1）声控开关和光控开关的连接方式为___________（填“串联”或“并联”）。
（2）其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，将多用电表的选择开关置于“”挡，再将红，黑表笔___________，调零后，测量的示数如图丁所示，则电磁继电器的等效电阻为___________。光敏电阻的阻值随照度（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx）的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的增加，光敏电阻的阻值___________。
（3）已知光控开关的电源电动势为，电阻箱的阻值为。若设计要求当流过电磁继电器的电流为时，光控开关闭合，则此时的照度约为___________lx。为了节约用电，需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值调___________。
13．为了减少碳排放，减少能源浪费。一些公共场所使用光控开关控制照明系统，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx）：
（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表：
照度/Lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/
5.8
3.7
2.3
2.0
1.8
根据表中已知数据，由图像法可求出照度为0.6Lx时的电阻约为______kΩ。
（2）若利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，下列可行的电路是______。
（3）从上题选择的电路图中为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地______（选填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻。
14．热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器原理图。
（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而______（选填“增大”域“减小”）；
（2）闭合开关、，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在______（选填“”或“”）处；
（3）保持开关、闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向______（选填“左”或“右”）移动。
5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
基础知识梳理
一、实验1 门窗防盗报警装置
1．实验器材和装置
干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图.
2．电路工作原理
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．
3．实验操作
(1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作．
(2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作．
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
二、实验2 光控开关
1．实验器材和装置
光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图甲．
为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示．
2．电路工作原理
(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮．
(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L.
3．实验操作
(1)连接电路，检查无误后，接通电源．
(2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．
(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光．
(4)让光照加强，当光增强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭．
典型例题分析
考点一：光控开关
【例1】夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控 开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合 使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（ ）
A． B．
C． D．
【变式练习】
1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是( )
A．温度传感器和光电传感器
B．光电传感器和声音传感器
C．声音传感器和热电传感器
D．温度传感器和热电传感器
2．许多楼道灯具有这样的功能，天黑时，出现声音就开启，而在白天时，即使有声音它也没有什么反应，它的控制电路中接入的两个传感器是（ ）
A．温度传感器和声传感器
B．温度传感器和力传感器
C．光传感器和力传感器
D．光传感器和声传感器
考点二：温度报警器
【例2】如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计（水银导电）。常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（ ）
A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开
B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警
C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮
D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
【变式练习】
1．如图是一个火警报警装置的逻辑电路图，Rt是热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是阻值较小的可调电阻，以下说法中正确的是（ ）
A．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“非门”元件
B．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“与门”元件
C．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“或门”元件
D．为提高电路的灵敏度，图中的电阻R应调的小一些
课后小练
一、单选题
1．传感器在日常生活中有广泛的应用，超市里的电子秤使用的是（ ）
A．超声波传感器 B．压力传感器
C．温度传感器 D．红外线传感器
2．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（ ）
A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
3．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感器记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（ ）
A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件
C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s
4．霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，其中元件中的载流子是带负电的电荷，下列说法中正确的是（ ）
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．该元件C面的电势高于D面的
C．如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持工作面水平
D．如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
5．如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，当传感器所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小 C．I变小，U变大 D．I变小，U变小
6．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（ ）
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间
7．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻使，当有烟雾时，开始触发工作，其中是光敏电阻，由此可知，要使开始工作，则应满足（ ）
A． B． C． D．无法判断
8．图甲是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 kΩ，R2 =10 kΩ，R3 =40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab ≤ 0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）
A．10℃ B．20℃ C．35℃ D．45℃
二、多选题
9．如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置，则（ ）
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压增大
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压减小
C．当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大
D．当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大
10．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；J为继电器的线圈，为它的常开触点，下列说法正确的是（ ）
A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮
B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把的阻值调大些
C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些
D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路
11．某一热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图（a）所示，利用此热敏电阻制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示，E为直流电源（电动势为9V，内阻可忽略），当输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则下列说法中正确的是（ ）
A．R1应使用热敏电阻
B．R2应使用热敏电阻
C．R1为固定电阻，阻值为0.4kΩ
D．R2为固定电阻，阻值为1.6kΩ
三、实验题
12．为节能减排，保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才打开的工作要求（电源及电流表内阻不计），其示意图如图甲所示。
（1）声控开关和光控开关的连接方式为___________（填“串联”或“并联”）。
（2）其中光控开关的结构如图乙所示，现用多用电表测量电磁继电器的等效电阻，将多用电表的选择开关置于“”挡，再将红，黑表笔___________，调零后，测量的示数如图丁所示，则电磁继电器的等效电阻为___________。光敏电阻的阻值随照度（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx）的变化关系如图丙所示，由图丙可知随光照强度的增加，光敏电阻的阻值___________。
（3）已知光控开关的电源电动势为，电阻箱的阻值为。若设计要求当流过电磁继电器的电流为时，光控开关闭合，则此时的照度约为___________lx。为了节约用电，需要降低光照度值，应该把电阻箱的阻值调___________。
13．为了减少碳排放，减少能源浪费。一些公共场所使用光控开关控制照明系统，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx）：
（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表：
照度/Lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/
5.8
3.7
2.3
2.0
1.8
根据表中已知数据，由图像法可求出照度为0.6Lx时的电阻约为______kΩ。
（2）若利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，下列可行的电路是______。
（3）从上题选择的电路图中为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地______（选填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻。
14．热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器原理图。
（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而______（选填“增大”域“减小”）；
（2）闭合开关、，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在______（选填“”或“”）处；
（3）保持开关、闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向______（选填“左”或“右”）移动。
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