2019_2020学年高中物理6.3实验：传感器的应用学案（含解析）新人教版选修.docx

3实验:传感器的应用学习目标1.了解逻辑集成电路块、集成电路实验板,知道各种元器件的性能和引脚关系.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.自主探究1.斯密特触发器可以将连续变化的转换为突变的.斯密特触发器是具有特殊功能的,常用符号表示.2.在逻辑电路中,常把电势的高低叫做的高低,“输出低电平”的意思是,输出端处于的状态.合作探究一、光控开关思考讨论:如图所示的光控电路,用发光二极管LED模仿路灯,RG为光敏电阻,R1的最大电阻为51 k,R2为330 .(1)电路由哪几部分组成?(2)请同学们试着分析一下光控电路的工作原理.(3)要想在天色更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些还是调小些?为什么?二、温度报警器创设问题:上一节我们学习了火灾报警器,它是利用烟雾对光的散射作用,使火灾发出的光引起光敏电阻的阻值变化,从而达到报警目的.既然发生火灾时,环境温度要升高,我们能不能用温度传感器来做成火灾报警器呢?思考讨论:观察温度报警器的工作电路图,思考下列问题.(1)电路由哪几部分组成?(2)请同学们试着分析一下温度报警器的工作原理.(3)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应该把R1的阻值调大些还是调小些?课堂检测1.某市为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制.这是利用半导体的()A.压敏性 B.光敏性C.热敏性 D.三种特性都利用了2.对于常见的可燃气体浓度的检测,现在一般用催化燃烧检测器.它的原理如下:传感器的核心为一惠斯通电桥,其中一桥臂上有催化剂,当与可燃气体接触时,可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧,该桥臂的电阻发生明显变化,其余桥臂的电阻不变化,从而引起整个电路的输出发生变化,而该变化与可燃气体的浓度成比例,从而实现对可燃气体的检测.由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为()A.铜 B.合金 C.半导体 D.绝缘体3.如图所示为电容式声波传感器的示意图,该电路可将声音信号转化为电信号.该电路中右侧金属板b固定不动,左侧是能在声波驱动下沿水平方向左右往复运动的镀有金属层的振动膜a,a、b构成了一个平行板电容器,且通过导线与稳压电源正、负极相接.a随声源S振动而左右往复运动.下列有关分析正确的是()A.a左右往复运动过程中,a、b板构成的电容器的电容不变B.a左右往复运动过程中,b板所带的电荷量不断变化C.a左右往复运动过程中,a、b板之间的电场强度不断变化D.a左右往复运动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流4.如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同.如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度h变化为()A.正在增大 B.正在减小C.不变 D.无法确定5.如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯,RG为光敏电阻.A为斯密特触发器输入端,在天黑时路灯(发光二极管)会点亮.下列说法正确的是()A.天黑时,Y处于高电平B.天黑时,Y处于低电平C.当R1调大时,天更暗时,灯(发光二极管)点亮D.当R1调大时,天较亮时,灯(发光二极管)就能点亮6.在制作光控电路实验中,某同学按电路图将元件安装完毕后,发现将装置置于黑暗环境中,接通电源,灯泡不发光,原因可能是()A.二极管两极接反 B.电阻R与光敏电阻位置颠倒C.电阻R阻值太小 D.灯泡断路7.如图是温度报警器电路示意图,下列关于此电路的分析正确的是()A.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声B.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声8.如图所示是继电器的原理图,当在接线柱2、3间接入电源时,电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触,从而达到控制电路的目的,接线柱与接有电源的负温度系数的热敏电阻串接,接线柱与外电路串接,即可在温度过高时切断外电路,实现对外电路的自动控制.9.如图是一个警报器装置的逻辑电路图,RT是一个热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值很小,R是一个阻值较小的分压电阻,A为斯密特触发器输入端.(1)为什么在高温时电铃会响?(2)为了提高电路的灵敏度,即将报警温度调得低些,那么R的值应该大一些还是小一些?10.大多楼道灯具有这样的功能:天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应.(1)控制电路中接入了哪几种传感器?(2)从这几种传感器来的信号,应通过哪种门电路后,再进入执行电路?11.某同学用较为精密的仪器测量光敏电阻的电阻值与光强的关系,得出下列一组数据.次数1234光强/cd3.004.005.006.00电阻/k0.6020.4490.3600.304通过这组数据,你能判断出电阻值R与光强I的关系吗?12.在蜂鸣式温度报警器电路中,若将RT和R1两电阻位置互换,R1取适当阻值,如图所示,还能报警吗?为什么?参考答案自主探究1.模拟信号数字信号非门2.电平低电势合作探究一、光控开关(1)斯密特触发器、光敏电阻、发光二极管LED模仿路灯、滑动变阻器、定值电阻.(2)原理分析:在白天,光强度较大,光敏电阻RG电阻值较小,加在斯密特触发器A端的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,RG的阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A端的电压上升到某个值(1.6 V),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(相当于路灯亮了),这样就达到了使路灯天明熄灭,天暗自动开启的目的.(3)要想在天色更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(1.6 V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗.二、温度报警器(1)斯密特触发器、热敏电阻、蜂鸣器、滑动变阻器、定值电阻.(2)常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端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电势升高,当达到某一值(高电平),其输出端由高电平调到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声,R1的阻值不同,则报警器温度不同.(3)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应该减小R1的阻值.R1阻值越小,要使斯密特触发器输入端达到高电平,则热敏电阻阻值要求越小,即温度越高.课堂检测1.B解析:题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性,故B项正确.2.C解析:可燃气体燃烧后电阻发生变化的原因,是由于温度升高造成的,所以此电阻应属于热敏电阻,而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料,故选C项.3.BC解析:由于平行板电容器两极板与电池两极始终连接,两板间的电压U保持不变,根据电场强度公式E=Ud、电容的决定式C=S4kd,可判断出A项错误,C项正确;a、b板所带电荷量Q=CU,电容C变化,导致Q变化,B项正确;由于声源S在水平方向做周期性的往复振动,电容C不断变化导致电荷量Q不断变化,所以电容器出现周期性的充电、放电现象.显然,电流计中电流方向不断变化,D项错误.4.B解析:由电源极性及电流方向可知,A、B构成的电容器上的电荷量减小,根据C=QU,电容C在减小,故正对面积S减小,即h在减小,B项正确.5.BC解析:天黑时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值,输出端Y突然由高电平跳到低电平;R1调大时,A端电压降低,只有天更暗时,RG电阻更大时,路灯才点亮,故B、C两项正确.6.ABD解析:若二极管接反,无法触发晶体管导通,所以A项正确;若电阻R与光敏电阻位置颠倒,则光线较强时,光敏电阻阻值小,电阻R上电压较高,晶体管获正向电压导通;而夜晚时,光敏电阻阻值大,电阻R上电压较低,无法触发晶体管导通,B项正确;若电阻R阻值太小,光敏电阻会一直获较高的正向电压使晶体管导通,灯泡一直处于发光状态,C项错误;若灯泡断路时,则不会发光,D项正确.7.BC解析:当RT温度升高时,电阻减小,A点电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,蜂鸣器导通发出警报,A项错误,B项正确;当增大R1时,A端电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,电流通过蜂鸣器,发出报警声,C项正确,D项错误.8.解析:A为常闭触点,正常情况下与衔铁P相吸;B为常开触点,正常情况下与衔铁P分离,因此,1、5与外电路相连,以便加热.当温度越来越高时,电磁铁将衔铁P吸下,以切断电路.所以,2、3应与接有电源的热敏电阻相连.答案:2、31、59.解析:(1)热敏电阻的温度上升,RT变小,A的电压低到某一值时,Y会由低电平跳到高电平,加在电铃两端的电压变大,电铃响起.(2)若R的值大,由于它的分压作用,使RT两端的电压不太高,则外界温度不太高时,就能使PX之间电压降到低电压输入,而当A的电压降低到某一值时,Y会由低电平跳到高电平,加在电铃两端的电压变大,电铃响起.答案:(1)见解析(2)R的值应大一些10.答案:(1)接入了两种传感器:光传感器(通常用的是光敏电阻),声传感器(通常用的是微型驻极体话筒).(2)因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件