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1、试验 17利用传感器制作简洁的自动掌握装置必备学问预案自诊一、试验目的1. 知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能。2. 会利用传感器制作简洁的自动掌握装置。了解门窗防盗报警装置,会组装门窗防盗报警装置。了解光控开关电路及掌握原理,会组装光控开关。二、试验器材:试验一:干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、导线假设干、开关、电阻。试验二 发光二极管、三极管、可变电阻R 、电阻 R 、光敏电阻、集成电路试验板、直流12电源、导线假设干、黑纸。三、试验思路(一)门窗防盗报警装置1. 电路如下图。2. 原理:闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体 M 靠近干
2、簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点 c 与常开触点 a 接通,发光二极管LED 发光,显示电路处于正常工作状态。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。继电器的动触点c 与常闭触点 b 接通,蜂鸣器H 发声报警。干簧管在电路中起传感器和掌握开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。(二)光控开关1. 电路如下图。2. 工作原理:当环境光比较强时,光敏电阻 RG 的阻值很小,三极管不导通,发光二极管或继电器所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作;继电器处于常开状态,小灯泡L 不亮。当环境光比较弱时,光敏电阻 RG 的阻值变
3、大,三极管导通,且获得足够的基极电流,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而点亮小灯泡L。四、进展试验(一)门窗防盗报警装置(1) 连接电路前,要先推断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观看簧片能否正常动作。(2) 确定各元件可以正常工作后,依据电路图连接电路。(3) 接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观看试验现象。 (二)光控开关(1) 依据图所示连接电路,检查无误后,接通电源。G1(2) 让光敏电阻 R受到白天较强的自然光照耀,调整电阻 R 使发光二极管LED 或小灯泡L 刚好不发光。G(3) 遮挡 R ,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管
4、LED 或小灯泡L 发光。(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管LED 或小灯泡L 熄灭。五、留意事项(1)安装前,对试验器材进展测试,确保各元件性能良好后,再进展安装。(2)光控开关试验中,二极管连入电路的极性不能反接。(3) 假照试验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进展观看。关键力量学案突破传感器问题一般有两大类问题:一是通过试验探究传感器特性,比方争论某元件的光敏特 性或热敏特性或磁敏特性等;二是用传感器掌握电路。不管哪类问题,明确考察角度,搞清其工作原理是求解问题的关键。对于用传感器掌握电路问题,要结合题目供给的信息,认真分析传感器所在的电路构造,并 留
5、意以下两个方面:(1)确定传感器所感受到的物理量(如力、热、光、声、磁等);(2)经转换电路 转换成电学量信号,最终借助于转换电路把电学量信号转换成便于处理显示、记录或掌握的量。【典例 1】现要组装一个由热敏电阻掌握的报警系统,要求当热敏电阻的温度到达或超过120 时,系统报警。供给的器材有:热敏电阻(该热敏电阻的阻值随温度的上升而减小,在 120 时阻值为 700.0 );cc报警器(内阻很小,流过的电流超过 I 时就会报警,I 约为 10 mA;流过报警器的电流超过 20 mA 时,报警器可能损坏);电阻箱(最大阻值为 999.9 );直流电源(输出电压为 U 约为 18 V,内阻不计);
6、12滑动变阻器 R (最大阻值为 1 000 ); 滑动变阻器 R (最大阻值为 2 000 ); 单刀双掷开关一个,导线假设干。在室温下对系统进展调整,调整的报警系统原理电路图如下图。(1) 电路中应选用滑动变阻器(选填“R1”或“R2”)。(2)依据以下步骤调整此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,依据试验要求,这一阻值为;滑动变阻器的滑片应置于(选填“a”或“b”)端四周,不能置于另一端的缘由是。将开关向(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。(3) 滑动变阻器滑片的位置(选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”),将开关向另一端闭合,报警系统即可正常
7、使用。(4) 假设要将此系统改为光敏电阻掌握的报警系统,要求当光敏电阻的光照到达或超过某一特定值时,系统报警,且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650 ,则需将上述电路中的换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到,然后重复上述操作即可。【典例 2】电子体温计利用某些物质的物理参数,如电阻、电压、电流等,与环境温度之间存在确实定关系,将体温以数字的形式显示出来。甲图为某同学设计的电路图,用以测量25.080.0 范围内环境的温度。所用器材有:T热敏电阻 R ,其标称值(25.0 时的阻值为 900.0 ); 电源 20 V,内阻可无视;2滑动变阻器(最大阻值为 10 ); 电阻箱 R (阻值范围 099
8、9.9 );单刀开关S1,单刀双掷开关S2,图中为电表。2试验时,按电路图连好电路,将热敏电阻放在温控箱内,先将温度调为80.0 ,将S 与 1 端接2211122212通,闭合S ,调整 R 的滑片位置,电路中电表示数为某肯定值 X;保持 R 的滑片位置不变,将 R 置于最大值,将 S 与 2 端接通,调整 R ,使电表读数仍为 X;断开 S ,登记此时 R 的读数,逐步降低温控室的温度 t,得到相应温度下 R 的阻值,直至温度降到 25.0 试验得到 R -t 的数据见表。甲乙丙t/ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0R2/ 900.0680.0500.0
9、390.0320.0270.0240.0答复以下问题:12(1)试验室中有以下规格电表:电流表A (00.6 A,0.2 ),电流表A (03 A,0.04 ),电压表V(10 V,1 000 )。试验中应选择的电表为(选填器材前的数字编号);2(2)在闭合S1 前,图甲中 R1 的滑片应移动到(选填“左”或“右”)端; (3)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出 R -t 的曲线;T2(4)将R 握于手心,手心温度下R 的相应读数如图丙所示,该读数为,则手心温度为。情境剖析此题属于综合类问题,以教材中常见的分压电路为素材,创设学习探究问题情境,构建探究热敏电阻的温度特性,考察电路、
10、器材选择等问题。【典例 3】(1)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反响快,而且准确度高。假设将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变(选填“大”或“小”)。上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电 阻四周的温度。假设刻度盘正中的温度为20 (如图甲所示),则 25 的刻度应在 20 的刻度的(选填“左”或“右”)侧。为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路。(2)图
11、丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的试验电路,电源电压恒定,内阻不计,开关闭合后,调整滑动变阻器滑片,使小灯泡发光渐渐增加,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图丁所 示,试依据这一特性,由图戊中给定的器材设计一个自动光控电路。情境剖析此题属于创应用类问题,以热敏电阻、光敏电阻设计一个自动光控电路为素材,创设了学习探究问题情境。对应演练迁移应用101.(2023 黑龙江大庆试验中学高三月考)某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”, 如图甲所示。将热敏电阻 R 安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分别,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上
12、触点分别,警铃响。图甲中给继电器供电的电源电压 U =4 V,内阻不计,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻 R 为 30 。当线圈中的电流大于等于 40 mA 时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。甲乙(1) 图甲中警铃的接线柱 C 应与接线柱相连,指示灯的接线柱 D 应与接线柱相连(均选填“A”或“B”);(2) 当环境温度上升时,继电器的磁性将(选填“增大”“减小”或“不变”),当环境温度到达时,警铃报警;11(3) 假设要使报警电路在更高的温度报警,以下方案可行的是() A.适当减小 UB.适当增大 U22C.适当减小 UD.适当增大 Ut2. 热敏陶瓷是一
13、类电阻率随温度发生明显变化的型材料,可用于测温。某同学利用试验室提 供的一种电阻阻值随温度呈线性变化(关系式为:R =kt+b,其中 k0,b0,t 为摄氏温度)的热敏电阻,把一灵敏电流计改装为温度计。除热敏电阻和灵敏电流计外,还用到如下器材:1.直流电源(电动势为 E,内阻不计);2.滑动变阻器;3.单刀双掷开关;4.标准温度计;5.导线及其他关心材料。该同学设计电路如以下图所示,按如下步骤进展操作。(1) 按电路图连接好器材。(2) 将滑动变阻器滑片 P 滑到(选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S 掷于(选填“c”或“d”)端,调整滑片 P 使电流计满偏,并在以后的操作中保持滑片 P 位
14、置不动,设此时电路总电阻为 R,断开电路。(3) 容器中倒入适量开水,观看标准温度计,每当标准温度计示数下降 5 ,就将开关S 置于 d 端, 并记录此时的温度 t 和对应的电流计的示数 I,然后断开开关。请依据温度计的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I=。(4) 依据对应温度记录的电流计示数,重刻制电流计的表盘,改装成温度计。依据改装原理,此温度计表盘刻度线的特点是:低温刻度在 (选填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?(选填“是”或“否”)。3.(2023 福建厦门第六中学高三月考)某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。(1) 光强(E)
15、是表示光强弱程度的物理量,单位为坎德拉(cd)。如图甲所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线,由此可得到的结论是:;(2) 如图乙为电磁继电器的构造示意图,其中 L 为含有铁芯的线圈,P 为可绕 O 点转动的衔铁,K 为弹簧,S 为一对触头,A、B、C、D 为四个接线柱。工作时,应将(选填“A、B”或“C、D”)接照明电路;(3) 请在图丙中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接;0(4) 电源电动势为 3 V,内阻很小,电磁铁线圈电阻 R =20.0 ,电流超过 50 mA 时可吸合衔铁。假设要求光强到达 2 cd 时,照明电路恰好接通,则图丙中定值电阻 R=。丙典例 1 答案(1)R试验 17利
16、用传感器制作简洁的自动掌握装置关键力量学案突破2(2) 700.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过 20 mA,报警器可能损坏 c报警器开头报警(3) 不变 (4)热敏电阻 650解析(1)电压为 18V,而报警时的电流为 10mA;此时电阻约为:R=181010-3=1800 而2热敏电阻的阻值约为 650,故滑动变阻器接入电阻约为 1150,故应选择 R 。(2) 因要求热敏电阻到达 120时报警,此时电阻为 700,故应将电阻箱调整至 700,然后由最大调整滑动变阻器,直至报警器报警,故开头时滑片应在 b 端,目的是避开接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏;将开
17、关接到 c 端与电阻箱连接,调整滑动变阻器直至报警器开头报警即可,然后再接入热敏电阻, 电路即可正常工作。(3) 滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。(4)需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到 650,然后重复上述操作即可。典例 2 答案(1)(2)左(3)见解析(4)580.034(或 35)解析(1)假设接电流表,依据题意可得,通过热敏电阻的电流约为 I= 20 A=0.02A900比两电流表的量程小得多,不易准确测量,故不选;电压表 V 内阻与热敏电阻的阻值相差不多,而量程为电源一半,可以准确测量, 应选;(2) 为了安全,在闭合 S
18、1 前,分压电路的电压应当为 0,所以图甲中 R1 的滑片应移动到左端;2(3) 在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出 R -t 的曲线,如下图T(4) 将 R握于手心,手心温度下 R的相应读数如图丙所示,该读数为R=(5100+810+01+00.1)=580.02当2R =580.0 时,由第(3)问做出的图可知,手心温度为 34或 35典例 3 答案(1)小 右 (2)见解析解析(1)由于温度降低时,负温度系数热敏电阻的阻值增大,故电路中电流会减小。由的分析知,温度越高,电流越大,25的刻度应对应较大电流,故在 20的刻度的右侧。电路如下图:(2)由光敏电阻的特性曲线可以看出,
19、当入射光增加时,流过光敏电阻的电流增大,光敏电阻的阻值减小。依据题意设计一个自动光控电路,如下图:掌握过程是:当有光照时,放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开;当无光照时,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,工作电路接通,电灯开头工作。对应演练迁移应用1.(1)BA(2)增大 40(3)A解析(1)由于 B 接通时警铃响,A 接通时指示灯亮,因此 C 接 B,D 接 A。(2) 由于热敏电阻随温度上升,阻值减小,回路的电流强度增大,因此继电器的磁性增加。当电流等于 40mA 时,回路的总电阻R=𝑈 =𝐼4V40mA=
20、100而继电器电阻 R0 为 30,因此当热敏电阻等于 70 时,由题图乙可知对应温度为 40时,警铃报警。(3) 温度更高时,热敏电阻阻值更小,而报警电流为 40mA 不变,因此应适当降低1U 值,因此 A 正确。2.答案(2)ac(3)𝐸𝑅+𝑘𝑡+𝑏(4) 右 否解析(2)依据试验的原理可知,需要先选取适宜的滑动变阻器的电阻值,结合滑动变阻器的使用的留意事项可知,开头时需要将滑动变阻器滑片 P 滑到 a 端,以保证电流表的使用安全;然后将单刀双掷开关 S 掷于 c 端,调整滑片 P 使电流表满偏。t(3) 当温
21、度为t 时,热敏电阻的阻值与摄氏温度t 的关系为:R =kt+b,依据闭合电路的欧姆定律可得:I=𝐸𝑅+𝑅t=𝐸。𝑅+𝑘𝑡+𝑏(4) 由上式可知,温度越高,电流表中的电流值越小,所以低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均匀的。3. 答案(1)随着光照强度的增加,光敏电阻的阻值快速下降,进一步增大光照强度,电阻值变化减小,然后渐渐趋向平缓 (2)C、D(3)(4)22解析(1)由图像可得到的结论是:随着光照强度的增加,光敏电阻的阻值快速下降,进一步增大光照强度,电阻值变化减小,然后渐渐趋向平缓;(2) 由电磁继电器的工作原理可知,电磁铁连接的是掌握电路,衔铁连通的是工作电路,故工作时,应将“C、D”接照明电路;(3) 光敏电阻、定值电阻、电源与 L 组成掌握电路,C、D 与灯泡组成工作电路, 电路图如下图(4) 由题图甲所示图线可知,2cd 对应的光敏电阻阻值 R=18光敏由闭合电路欧姆定律可知 I=𝑅光敏代入数据解得 R=22𝐸+𝑅+𝑅0