2019-2020学年高中物理 第六章 传感器 3 实验：传感器的应用课件 新人教版选修3-2

3实验：传感器的应用01实验认知导学02实验核心解读03典例探究剖析04随堂演练达标一、实验目的1．识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识．2．了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关．3．了解温度报警器及控制原理，会组装温度报警器．二、实验原理1．光控开关(1)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．(2)电路如图所示．(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A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1.6V，输出端Y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)．这样就达到了使路灯天亮自动熄灭，天暗自动开启的目的．2．温度报警器(1)电路如图所示．(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的报警温度．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(6V,0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、定值电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、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1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．一、实验步骤1．光控开关实验步骤(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)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态．(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态．2．温度报警器实验步骤(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)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声．(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．二、误差分析1．在电路中，R1与光敏电阻或热敏电阻串联分压，在斯密特触发器的输入端A提供连续变化的电压．2．在光控开关实验中，R1的数值如果太小的话，路灯可能不熄灭，可以适当调整换用阻值更大的电位器；在温度报警器实验中，R1的数值的大小将影响报警的温度．三、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，否则将烧坏门电路集成块．3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些．类型一温度自动报警装置的设计[典例1]传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)；(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(选填“左”或“右”)；(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是___________________________________．[解析](1)由图甲可知当温度升高时RT的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻RT的阻值减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，因此电路不工作的原因可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大．[答案](1)a(2)左(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大类型二磁性传感器自动控制电路[典例2]某研究性学习小组为探究热敏电阻的特性而进行了如下实验．他们分若干次向如图所示的烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值，并把各次的温度值和对应的热敏电阻的阻值记录在表格中．测量次数t/℃R/kΩ12010.02258.53356.54455.05554.06653.37752.88852.39952.0(1)将表格中的实验数据在给定的坐标纸上描绘出热敏电阻的阻值R随温度t变化的图象．可以看出该热敏电阻的阻值随温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)．(2)他们用该热敏电阻作为温度传感器设计了一个温度控制电路，如图所示，请在虚线框中正确画出斯密特触发器．图中二极管的作用是__________________________________________________________________________________.(3)当加在斯密特触发器输入端的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时，输出端电压会突然从高电平跳到低电平，而当输入端的电压下降到另一个值(0.8V)时，输出端电压会从低电平跳到高电平，从而实现温度控制．已知可变电阻R1＝12.6kΩ，则温度可控制在________℃到________℃之间(结果保留整数，不考虑斯密特触发器的分流影响)．[解析]当温度升高，R下降到一定值，这时斯密特触发器输入端电压刚好下降到触发电平0.8V，输出端输出高电平，电磁继电器中没有电流，电路不工作，这时的温度t1为控温上限．U触＝RR1＋RE，代入数据可得R＝2.4kΩ，根据R­t图象可得此时温度约为82℃.当温度降低，R增加到一定值，这时斯密特触发器输入端电平刚好上升到触发电压1.6V，输出端输出低电平，电磁继电器中通过电流，电路开始工作，这时的温度t2为控温下限．U触′＝R′R1＋R′·E，代入数据可得R′≈5.9kΩ；根据R­t图象可得此时温度约为38℃.故温度可控制在38℃到82℃之间．[答案](1)如图所示减小(2)如图所示为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中产生的自感电动势损坏集成电路(3)3882