選修3-2第六章傳感器（人教版）§實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用（同步學(xué)案）一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道光控開關(guān)的特性。2.知道溫度報(bào)警器的特性。3.知道光控開關(guān)和溫度報(bào)警器的電路原理。二、重點(diǎn)難點(diǎn)1.重點(diǎn)：傳感器的應(yīng)用實(shí)例。2.難點(diǎn)：光控開關(guān)和溫度報(bào)警器的電路工作原理。三、學(xué)法指導(dǎo)傳感器的工作離不開其他電子元件，關(guān)于常用電子元件的原理和使用要點(diǎn)，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)前學(xué)習(xí)，也可以在實(shí)驗(yàn)中查閱。當(dāng)然，要想更好的應(yīng)用傳感器，還要在更多的資料中找到自己需要的知識和信息。只有自己動手進(jìn)行組裝和調(diào)試，才會對傳感器的作用有更深刻的體會。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合物理學(xué)的知識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動手能力，提高創(chuàng)新意識，提高物理理論知識與實(shí)際相結(jié)合的綜合實(shí)踐能力。首先把本節(jié)課的內(nèi)容認(rèn)真的看一遍?？春靡院罂梢圆殚喴幌沦Y料，最后完成本學(xué)案。四、自主學(xué)習(xí)1．光控開關(guān)電路組成：觸發(fā)器，電阻，發(fā)光二極管LED模仿路燈，滑線變阻器，定值電阻，電路如圖所示。工作原理：注意：要想在天暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大一些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個值，就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。拓展：如果電路不用發(fā)光二極管來模擬，直接用在電路中，就必須用到電磁繼電器。如下圖。RR1RGAY+5V高壓工作電路~220V2．溫度報(bào)警器（熱敏電阻式報(bào)警器）結(jié)構(gòu)組成：斯密特觸發(fā)器，電阻，蜂鳴器，變阻器，定值電阻，如圖所示。R1R1RTAY+5V注意：要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報(bào)警，應(yīng)該減小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。五、典型例題【例1】如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示．當(dāng)a、b端電壓Uab<0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在_________℃解析：解：設(shè)電路兩端電壓為為U，當(dāng)Uab=0時，有解得Rt=20kΩ由圖乙可知，當(dāng)Rt=20kΩ時，t=35℃【例2】如圖所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖。A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪。車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光束通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示。若實(shí)驗(yàn)顯示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)為n，累計(jì)脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是，小車速度的表達(dá)式為v=；行程的表達(dá)式為=。解析：光束原來是連續(xù)的，是轉(zhuǎn)動的齒輪使光束變?yōu)槊}沖，因此脈沖情況必定與齒輪（或車輪）的轉(zhuǎn)動有關(guān)，也就與速度和行程有關(guān)。根據(jù)速度的意義和車正常行駛的情況，應(yīng)有v=2πRf，其中R為車輪的半徑，f為單位時間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；若車輪的齒數(shù)為P，則轉(zhuǎn)一圈應(yīng)有P個脈沖被B接收到，因此有代入上式，有同樣，根據(jù)行程的意義，應(yīng)有，其中f為整個行程中車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；而，所以可見，還必須測量的物理量和數(shù)據(jù)是車輪的半徑R和齒輪齒數(shù)P，速度和行程的表達(dá)式如上面兩式所示。六、課堂練習(xí)1．關(guān)于發(fā)光二極管，下列說法正確的是()A．發(fā)光二極管能發(fā)光，不具有單向?qū)щ娦訠．發(fā)光二極管能直接把電能轉(zhuǎn)化為光能C．發(fā)光二極管只要在兩端加有正向電壓，就可以發(fā)光D．發(fā)光二極管只有加正向電壓時，才有可能發(fā)光2．關(guān)于光敏電阻的特性，下列說法正確的是()A．光敏電阻和二極管一樣有正負(fù)極B．光敏電阻可以接交流電C．光敏電阻在無光照射時電阻變小D．光敏電阻在有光照射時電阻變小3．如圖甲為斯密特觸發(fā)器，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平V)，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個值的時候V)，Y會從低電平跳到高電平V)．圖乙為一光控電路，用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻．關(guān)于斯密特觸發(fā)器和光控電路的下列說法中錯誤的是()A．斯密特觸發(fā)器的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號B．斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門C．要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些D．當(dāng)輸出端Y突然從高電平跳到低電平時，二極管發(fā)光4．如圖所示是一種延時開關(guān)，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通，當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放，則()A．由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C．如果斷開B線圈的電鍵S2，無延時作用D．如果斷開B線圈的電鍵S2，延時將變長5．如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延時繼電器的示意圖，鐵芯上有兩個線圈A和B.線圈B的兩端接在一起，構(gòu)成一個閉合回路．則()A．S接通時，燈泡L立即變亮B．當(dāng)S接通時，燈泡L過一會兒變亮C．S切斷時，燈泡L立即熄滅D．當(dāng)S切斷時，燈泡過一會兒熄滅6．如圖是一火警報(bào)警裝置的一部分電路示意圖，其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、b接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比()A．I變大，U變大B．I變小，U變小C．I變小，U變大D．I變大，U變小7．演示位移傳感器的工作原理示意圖如圖6－4－11所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)來反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是()A．物體M運(yùn)動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B．物體M不運(yùn)動時，電壓表的示數(shù)不會發(fā)生變化C．物體M不動時，電路中沒有電流D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)8．如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，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()A．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián)9．圖是溫度報(bào)警器電路示意圖，下列對此電路的分析正確的是()A．當(dāng)RT的溫度升高時，RT減小，A端電勢降低，Y端電勢升高，蜂鳴器會發(fā)出報(bào)警聲B．當(dāng)RT的溫度升高時，RT減小，A端電勢升高，Y端電勢降低，蜂鳴器會發(fā)出報(bào)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(bào)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(bào)警聲10．氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號輸出，如圖6－4－14所示，B為將可燃?xì)怏w或有毒氣體濃度(CO，CH4瓦斯煤氣)轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，簡稱電子鼻，根據(jù)如下材料，U＝220V電源、M排風(fēng)扇、G繼電器、A控制電源、S控制開關(guān)．請?jiān)O(shè)計(jì)一個家用自動排煙電路，在圖6－4－14中完成連線圖．參考答案1．解析：選BD.發(fā)光二極管和普通二極管一樣，都具有單向?qū)щ娦?，都是半?dǎo)體材料制成的，只有當(dāng)兩端加正向電壓時，才能處于導(dǎo)通狀態(tài)，才可能發(fā)光，但不一定發(fā)光，要求達(dá)到一定的電壓值，它能直接把電能轉(zhuǎn)化為光能．2.BD3．解析：選A.斯密特觸發(fā)器是一種特殊的非門，它把連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號，A項(xiàng)說法錯誤，B項(xiàng)說法正確．把R1的阻值調(diào)大些，只有RG的阻值達(dá)更大，才能使斯密特觸發(fā)器的A端電壓達(dá)到某個值V)，即天更暗；當(dāng)輸出端Y突然跳到低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通就發(fā)光，C、D項(xiàng)說法正確．4．解析：選BC.本題以延時開關(guān)作為密切聯(lián)系實(shí)際的新情境，考查學(xué)生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的理解程度和推理能力．根據(jù)題中所提示的信息，不難發(fā)現(xiàn)延時開關(guān)的基本工作原理：當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通，這時雖然B線圈的電鍵S2閉合，但通過它的磁通量不變，所以沒有電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生．當(dāng)S1斷開時，A線圈立即斷路，不會發(fā)生電磁感應(yīng)，但通過B線圈的磁通量減少，由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用，選項(xiàng)B正確．如果此時斷開B線圈的電鍵S2，則B線圈雖然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不能吸引銜鐵D，無延時作用，選項(xiàng)C正確．5．AD6．解析：選D.出現(xiàn)火情時，傳感器R2溫度升高，電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I增大，路端電壓U＝E－Ir減小，U并＝E－I(r＋R1)減小，通過R3的電流I3減小，通過R2的電流增大，D正確．7．B8．解析：選A.由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，