《利用傳感器制作簡單的自動控制裝置》教案【教材分析】本節(jié)課程主要學(xué)習(xí)傳感器在實際生活中的應(yīng)用，是在前兩節(jié)課程知識的基礎(chǔ)上將傳感器從理論應(yīng)用到實際，一方面學(xué)生需要體會傳感器在不同電路中的功能，另一方面要求學(xué)生能夠分析含有傳感器的不同電路，并進行必要的定量計算，體會非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的好處?！疚锢碛^念】了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理。知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器、集成電路實驗板的功能。會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置?！究茖W(xué)思維】學(xué)會分析含有傳感器的不同電路，用科學(xué)的思維方式，來解決實際問題。【科學(xué)探究】通過對門窗防盜裝置、光控電路的實驗操作，提高實際動手能力的同時學(xué)會自己分析問題、解決問題，培養(yǎng)探究科學(xué)問題的興趣?！究茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任】引領(lǐng)學(xué)生驗探索現(xiàn)代科技產(chǎn)物的熱情，敢于嘗試，樂于思考的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)團隊精神。【教學(xué)重點】了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理，并知道電磁繼電器、三極管的基本功能?！窘虒W(xué)難點】通過學(xué)習(xí)門窗防盜裝置、光控電路的實驗過程及原理能夠制作簡單的自動控制裝置，并可以對相關(guān)題目進行定性分析與相應(yīng)的定量計算?！窘虒W(xué)過程】【引入新課】生活中的傳感器自動門自動干手機酒精含量測試儀紅外耳溫計傳感器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原始信息進行準(zhǔn)確、可靠地捕捉和轉(zhuǎn)換，那么一切控制將無法實現(xiàn)。本節(jié)提供了兩個利用傳感器實現(xiàn)簡單自動控制的實驗，同學(xué)們可以根據(jù)興趣和器材條件從中選擇一個。只有自己動手進行組裝和調(diào)試，才會對傳感器的作用有更深切的體會。二、【進行新課】探究點一、實驗1門窗防盜報警裝置下面我們來看幾個生活中的實例怎樣才能實現(xiàn)上述功能呢？利用干簧管在磁場中的特性是不錯的選擇。如圖是一個簡單的門窗磁控防盜報警裝置示意圖。門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報警電路。干簧管可將門與門框的相對位置這一非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷。門窗防盜報警裝置門窗防盜報警裝置電路原理圖實驗?zāi)康模毫私忾T窗報警裝置的原理實驗器材：電源、導(dǎo)線、開關(guān)、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、電阻、小磁體，集成電路實驗板。發(fā)光二極管：單向?qū)щ娦?，在正向電壓作用下電阻很小，處于?dǎo)通狀態(tài)；在反向電壓作用下電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)。2、電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。電磁繼電器電磁繼電器實物圖3、集成電路實驗板:使用插接的方式靈活地組裝電路。集成電路實驗板正面集成電路實驗板反面實驗原理：閉合電路開關(guān)S,系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)。當(dāng)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(dāng)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(guān)的作用,繼電器則相當(dāng)于一個自動的雙向開關(guān)。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(xiàn)象。請同學(xué)們按照實驗步驟，根據(jù)電路圖將各元器件插接在面包板上，進行實現(xiàn)操作，觀察實驗是否成功，如果失敗請其他小組一起分析實驗失敗原因。探究點二、實驗2光控開關(guān)光控路燈可以根據(jù)光照的變化自動開啟或關(guān)閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，而在天明時自動熄滅？我們可以利用光敏電阻來完成這一任務(wù)。下面提供兩種模擬的光控開關(guān)電路，用發(fā)光二極管或小燈泡代表路燈。實驗?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)的原理。師生共同分析實驗原理，讓學(xué)生選擇傳感器，根據(jù)上節(jié)課所學(xué)可以選擇光敏電阻。 教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅(qū)動電路，需要用到放大電路，結(jié)合教材，需要增加三極管。實驗原理：當(dāng)環(huán)境的光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導(dǎo)通,發(fā)光二極管或繼電器所在的回路相當(dāng)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(dāng)環(huán)境的光比較弱時,光敏電阻RG的阻值變大,三極管導(dǎo)通,且獲得足夠的基極電流,產(chǎn)生較大的集電極電流,點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合而點亮小燈泡L。三極管電路符號及實物圖光控開關(guān)電路實驗器材可調(diào)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。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受到較強的自然光照射,調(diào)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(dāng)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(dāng)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(xiàn)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。HYPERLINK請同學(xué)們按照實驗步驟進行實現(xiàn)操作，觀察實驗是否成功，如果失敗請其他小組一起分析實驗失敗原因。課堂重點知識小結(jié)研究傳感器應(yīng)用注意事項對于有關(guān)傳感器應(yīng)用的實驗電路問題，解答時應(yīng)先弄清楚電路中所用傳感器的類型及其工作原理，然后根據(jù)電路特點進行分析．課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.位移傳感器的工作原理如圖所示,物體M在導(dǎo)軌上平移時,帶動滑動變阻器的金屬滑片P,通過電壓表顯示的數(shù)據(jù),來反映物體M位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想電表,物體M不動時,滑片P位于滑動變阻器正中間位置,則下列說法正確的是()A.物體M運動時,電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化B.物體M運動時,電壓表的示數(shù)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)解析電壓表為理想電表,則電壓表不分流,故觸頭移動時不會改變電路的電阻,也就不會改變電路中的電流,故A錯誤;電壓表測的是滑片P左側(cè)電阻分得的電壓,故示數(shù)隨物體M的移動亦即觸頭的運動而變化,故B正確,C、D錯誤。答案B2.如圖所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號,該電路中右側(cè)固定不動的金屬板b與能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個電容器,a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若振動膜a周期性振動,則()A.a振動過程中,a、b板間的電場強度不變B.a振動過程中,a、b板所帶電荷量不變C.a振動過程中,靈敏電流計中始終有方向不變的電流D.a向右的位移最大時,a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大解析由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接,兩極板間的電壓U保持不變,根據(jù)場強E=Ud,C=εrS4πkd可判斷A錯誤,D正確。再由Q=CU可知,B錯誤。由于Q變化答案D3.如圖所示為測定壓力的電容式傳感器,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路,當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時,膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在開始對膜片施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中,靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從靈敏電流表右接線柱流入時指針向右偏)()A.向右偏到某一刻度后回到零刻度B.向左偏到某一刻度后回到零刻度C.向右偏到某一刻度后不動D.向左偏到某一刻度后不動解析壓力F作用時,極板間距d變小,由C=εrS4πkd知,電容器電容C變大,又電壓U不變,根據(jù)Q=CU知,極板帶電荷量變大,所以電容器應(yīng)充電,電流由右接線柱流入靈敏電流表,所以指針將右偏。F不變時,極板保持固定后,答案A關(guān)鍵能力提升練4.如圖所示是一個測定液面高度的傳感器,在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì),放在導(dǎo)電液體中,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極,把這兩極接入外電路,當(dāng)外電路的電流變化說明電容值增大時,則導(dǎo)電液體的深度h變化為()A.h增大 B.h減小C.h不變 D.無法確定解析由題意知,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極,類似于平行板電容器的兩極,當(dāng)液面高度發(fā)生變化時,相當(dāng)于兩極正對面積發(fā)生變化,會引起電容的變化,與平行板電容器類比可得,導(dǎo)電液體深度h增大時,導(dǎo)電芯和導(dǎo)電液體正對面積增大,電容器的電容值變大,故選項A正確。答案A5.電容式位移傳感器的工作原理如圖所示。當(dāng)被測物體在左右方向發(fā)生位移時,電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動。如果測出了電容的變化,就能知道物體位置的變化。電容式位移傳感是把這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量。在某次測量中,電容增大了,則被測物體向(選填“左”或“右”)移動。

解析被測物體運動時,電介質(zhì)在極板間的長度不同,影響電容器的電容,電容式位移傳感器是把位移這個力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個電學(xué)量。在某次測量中,電容增大了,根據(jù)C=εrS4π答案位移左6.計算機鍵盤上的每一個按鍵下面都有一個電容傳感器。電容的計算公式是C=