第五章3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置學習目標1.了解門窗防盜報警器的原理。(物理觀念)2.了解光控開關的原理。(物理觀念)3.培養(yǎng)實驗動手能力,體會物理知識在實際中的應用。(科學探究)4.體驗從原理到應用的過程,培養(yǎng)科學嚴謹的學習態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。(科學態(tài)度與責任)基礎落實·必備知識全過關重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、門窗防盜報警裝置1.實驗目的了解門窗報警裝置的原理。2.實驗原理閉合電路開關S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當門窗緊閉時,磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個簧片被磁化相吸而接通繼電器線圈K,使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通,發(fā)光二極管LED發(fā)光,顯示電路處于正常工作狀態(tài)。當門窗開啟時,磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發(fā)聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制開關的作用,繼電器則相當于一個自動的雙向開關。實驗原理圖如圖所示。3.實驗器材電源、導線、開關、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體。4.實驗步驟(1)連接電路前,要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管,觀察簧片能否正常動作。(2)確定各元件可以正常工作后,連接電路。(3)接通電源后,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現象。二、光控開關1.實驗目的了解光控開關的原理。2.實驗原理當環(huán)境光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當于斷路,即發(fā)光二極管不工作;繼電器處于常開狀態(tài),小燈泡L不亮。當環(huán)境光比較弱時,光敏電阻RG的阻值變大,三極管導通,且獲得足夠的基極電流,產生較大的集電極電流,點亮發(fā)光二極管或驅動繼電器吸合而點亮小燈泡L。實驗原理圖如圖所示。3.實驗器材可調電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發(fā)光二極管、繼電器、小燈泡、二極管、電源。4.實驗步驟(1)連接電路,檢查無誤后,接通電源。(2)讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射,調節(jié)電阻R1使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光。(3)遮擋RG,當光照減弱到某種程度時,就會看到發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光。(4)讓光照加強,當光照強到某種程度時,則發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅。如果實驗現象不明顯,可用手電筒加強光照,或遮蓋光敏電阻,再進行觀察。易錯辨析(1)隨著光照的增強,光敏電阻的電阻值逐漸減小。(

)(2)熱敏電阻可以把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量。(

)(3)金屬熱電阻是由金屬制成的。(

)√√√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點電磁繼電器與自動控制【例題】

現有負溫度系數的熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關和導線若干。如圖所示,試設計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時,電爐絲自動通電供熱,超過某一溫度時,又可以自動斷電,畫出電路圖并說明工作過程。答案

見解析

解析

電路圖如圖所示。

工作過程:閉合S,當溫度低于設計值時熱敏電阻阻值大,通過電磁繼電器的電流不能使它工作,K接通電爐絲加熱,當溫度達到設計值時,熱敏電阻減小到某值,通過電磁繼電器的電流達到工作電流,K斷開,電爐絲斷電,停止供熱。當溫度低于設計值,又重復前述過程。方法技巧

設計自動控制電路的一般思路(1)根據題目給出的儀器和要求畫出控制電路和工作電路?？刂齐娐酚呻娫础㈤_關、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導線等組成;工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導線等組成。這兩個電路相互獨立,又通過電磁繼電器相關聯(lián),電磁繼電器實際上是工作電路的開關。(2)分析自控電路的合理性。電路設計完成后,要對它的合理性進行分析,用光照射光敏電阻或對熱敏電阻加熱,檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。例如,自控路燈電路的設計要求是白天切斷工作電路,使路燈熄滅,晚上接通工作電路,使路燈發(fā)光。學以致用·隨堂檢測全達標123451.(電磁繼電器)如圖所示,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(

)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)A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,故正確選項為A。123452.(自動控制)(多選)如圖所示,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(

)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AD123453.(自動控制)(多選)某儀器內部的電路如圖所示,其中M是一個質量較大的金屬塊,左、右兩端分別與金屬絲制成的彈簧相連,并套在光滑水平細桿上,當金屬塊處于平衡狀態(tài)時,兩根彈簧均處于原長,此時甲、乙兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是(

)A.當汽車加速前進時,甲燈亮B.當汽車加速前進時,乙燈亮C.當汽車剎車時,甲燈亮D.當汽車剎車時,乙燈亮BC12345解析

當汽車加速前進時,金屬塊M向后偏離原位置,乙燈所在電路被接通,所以乙燈亮,選項A錯誤,選項B正確;當汽車剎車時,金屬塊M向前偏離原位置,甲燈所在電路被接通,所以甲燈亮,選項C正確,選項D錯誤。123454.(光控電路的分析)為設計一個白天自動關燈,黑夜自動開燈的自動控制裝置,可供選擇的儀器如下:光敏電阻、電磁繼電器、電池、交流電源、開關、導線和燈泡等。(1)用導線連接各儀器。(2)簡述其工作原理。

12345答案

(1)電路連接如圖所示。

(2)當天亮時,光線照射光敏電阻A,其阻值迅速減小,控制回路中電流增大,電磁繼電器B工作,吸住銜鐵使觸點斷開,燈泡熄滅。當夜晚降臨時,光線變暗,光敏電阻A的阻值增大,控制回路中電流減小,彈簧將銜鐵拉起,使觸點接通,燈泡點亮。123455.(報警系統(tǒng)的電路分析)小明利用熱敏電阻設計了一個過熱自動報警電路,如圖甲所示。將熱敏電阻RT安裝在需要探測溫度的地方,當環(huán)境溫度正常時,繼電器的上觸點接觸,下觸點分離,指示燈亮;當環(huán)境溫度超過某一值時,繼電器的下觸點接觸,上觸點分離,警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1=3V,繼電器線圈用漆包線繞成,其電阻R0為30Ω。當線圈中的電流大于等于50mA時,繼電器的銜鐵將被吸合,警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。甲

乙12345(1)由圖乙可知,當環(huán)境溫度為40℃時,熱敏電阻阻值為

Ω。當環(huán)境溫度升高時,熱敏電阻阻值將

,繼電器的磁性將

。(后兩空均選填“增大”“減小”或“不變”)

(2)圖甲中警鈴的接線柱C應與接線柱

相連,指示燈的接線柱D應與接線柱

相連。(均選填“A”或“B”)

(3)圖甲中線圈下端P的磁極是

(選填“N”或“S”)極。

(4)請計算說明,環(huán)境溫度在什么范圍內時,警鈴報警。環(huán)境溫度大于等于80℃時,警鈴報警。70減小增大BAN12345解析

(1)分析乙圖可知,熱敏電阻40

℃對應的阻值為70

Ω。溫度升高時,熱敏電阻阻值減小,根據歐姆定律可知,電路中電流增大,電磁鐵的磁性增大。(2)當環(huán)境溫度超過某一值時,繼電器的下觸點接觸,上觸點分離,警鈴響,所以警鈴的接線柱C應與接線柱B相連,指示燈的接線柱D應與接線柱A相連。(3)分析電流的流向,根據安培定則可得到線圈的