高中物理 第6章 传感器 第3节 实验 传感器的应用课堂探究素材 新人教版选修3-2（通用）

高中物理 第6章 传感器 第3节 实验 传感器的应用课堂探究素材 新人教版选修3-2（通用）

传感器的应用 ‎ 课堂探究 实验1光控开关 ‎1．实验目的 了解光控开关电路及控制原理，练习组装光控开关。‎ ‎2．实验器材 斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,‎0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。‎ ‎3．实验原理 ‎(1)电路如图所示 ‎(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)。‎ ‎(3)光控开关的原理：‎ 甲图：白天，光强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A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阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到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)；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到0.8‎ ‎ V时，输出端Y突然由低电平跳到高电平，二极管LED熄灭。这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的。‎ 乙图：控制电路原理：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电压较低，则输出端Y输出高电平，线圈J中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈J，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈J中不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭。‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。‎ ‎(2)检查各元件的连接，确保无误。‎ ‎(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。‎ ‎(4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。‎ ‎(5)渐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。‎ ‎5．实验注意事项 ‎(1)安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。‎ ‎(2)二极管连入电路时，极性不能反接，否则继电器不能正常工作。‎ ‎(3)要想天暗时路灯不会亮，应该把R1的阻值调大些。‎ ‎6．装置的调整 要想在天更暗时路灯才会点亮，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(如1.6 V)，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。‎ R1和RG为分压电阻，其两端电压与其电阻成正比，所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系。‎ 实验2温度报警器 ‎1．实验目的 了解温度报警器及控制原理，练习组装温度报警器。‎ ‎2．实验器材 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1‎ ‎ kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。‎ ‎3．实验原理 ‎(1)电路如图所示 ‎(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端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的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声。R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度。‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。‎ ‎(2)检查各元件的连接，确保无误。‎ ‎(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声。‎ ‎(4)将热敏电阻放入热水中，注意蜂鸣器是否发声。‎ ‎(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声。‎ ‎5．实验注意事项 ‎(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。‎ ‎(2)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1的阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻要越小，即温度越高。‎ ‎【例题1】 (光控开关的应用)如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理。‎ 解析：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通。‎ 天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈F，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启。‎ 天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈F不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭。‎ 答案：见解析 题后反思 斯密特触发器是具有特殊功能的非门，它可以将连续变化的输入信号变成突变的输出信号。光控开关的敏感元件是光敏电阻，光照越强，其电阻阻值越小。‎ ‎【例题2】 (温控电路的应用)如图是一个火灾报警装置的逻辑电路图。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。‎ ‎(1)要做到低温时电铃不响，火灾时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？‎ ‎(2)为什么温度高时电铃会被接通？‎ ‎(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？‎ 解析：(1)当环境温度较低时RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之间电压较大。要求此时电铃不发声，表明输出给电铃的电压应该较小，所以图中虚线处的元件输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门。‎ ‎(2)当环境温度变高时RT阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电平时，从“非”门输出的是高电平，电铃响起。‎ ‎(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，RT两端的电压不太高，即外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压，输入低电平，电铃就能发声。因此R越大，电路灵敏度越高。‎ 答案：见解析 题后反思 把热敏电阻与斯密特触发器连成电路可制成温度报警器。传感器通过敏感元件来感受温度变化，再通过转换元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量，输送给控制电路，完成电路的自动控制。‎