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利用传感器制作简单的自动控制装置【教学目标】一、知识与技能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单的自动控制装置。
二、过程与方法通过实验培养动手能力，体会传感器在实际中的应用。
三、情感、态度与价值观在实验中通过动手组装和调试，增强理论联系实际的意识，激发学习兴趣，培养良好的科学态度。
【教学重点】门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理。
【教学难点】根据已知的传感器设计门窗防盗报警装置和光控开关的电路。
【教学过程】一、器材介绍1．二极管：单向导电性，在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态；在反向电压作用下电阻很大，处于截止状态。
2．三极管：全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。
其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。
3．电磁继电器：电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。
二、门窗防盗报警装置1．目标效果：当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
师生共同分析现象的实质：靠近，蜂鸣器不响，指示灯亮；远离，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭。
让学生根据实质选择传感器，根据上节课所学可以选择使用干簧管。
2．实验器材和装置（1）实验电路图（2）实验器材（3）电路工作原理闭合电路开关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。
学生根据实验操作进行实验，观察实验是否成功，如果实验失败，请其他小组一起分析实验失败的原因。
4 用传感器制作自控装置［课时安排］1课时［教学目标］：（一）知识与技能学习用传感器制作自控装置（二）过程与方法通过实验或演示实验，了解传感器在生产、生活中的应用。
（三）情感、态度与价值观在了解传感器原理及应用时，培养认真实验的科学态度。
［教学重点］学习用传感器制作自控装置。
［教学难点］：学习用传感器制作自控装置。
［教学器材］：投影仪、投影片［教学方法］：实验法、观察法、讨论法。
［教学过程］为了进一步了解与传感器技术相关的物理知识，体验从原理到应用的过程，享受发现、创造与成功的乐趣，下面我们一起来动手用传感器制作一个自动控制装置。
实验器材二极管V D 、晶闸管V S 、光敏电阻R G、电阻R （7.5MΩ）、灯泡L探究过程1.测试所有器材，确定是否完好2.按图布线、焊接，并检查焊接是否正确3.逐渐减小光敏电阻的光照强度，观察L的发光情况进行实验1.在老师的指导下，组成小组2.学习一些布线和焊接的知识技能3.安装前确定所有器材完好4.进行测试实验原理1.当白天自然光线较强时，V关闭S获得高电平，灯L亮2. 光线暗时，VS3. 改变R的阻值，可调整电路的起控点成果展示：填写实验报告。
包括设计目的、制作工艺、制作过程、效果演示、存在问题、改进措施等。
总结评价客观评价自己在设计活动中的表现。
认识自己在实验制作过程中得到的启发和进步，同时还应认识到实验过程中有哪些地方存在欠缺和不足。
对同学的文化合作要公正、客观，要看到他人的长处和进步观看视频：应用光敏电阻制作光自动照明电路（见91taoke网站）例：光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄，日落灯亮的效果．当天亮时，光敏电阻减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，触点断开，路灯熄灭夜晚降临，光敏电阻增大．控制回路电流减小，触点接通，路灯点亮．例：如图所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水．以下说法中正确的是( )A ．若输入的控制电流由a 流入，由b 流出，则铁芯2中A 端为N 极，B 端为S 极B ．若输入的控制电流由a 流入，由b 流出，则铁芯2中A 端为S 极，B 端为N 极C ．若a 、b 处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中D ．若a 、b 处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中答案AD例：如图所示，A 是浮子，B 是金属触头，C 为住宅楼房顶上的蓄水池，M 是带水泵的电动机，D 是弹簧，E 是衔铁，F 是电磁铁，S 1、S 2分别为触点开关，S 为开关，J 为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．(1)连接电路图；(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)．合上开关S，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，当水位下降使B与S1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作［小结］：［教学反思］：。
利用传感器制作简单的自动控制装置一、教学目标1.了解传感器的基本原理和种类；2.熟悉利用传感器对物理量进行检测和控制的方法；3.掌握实验室中使用传感器制作自动控制装置的基本步骤和技巧；4.能够运用所学知识，创造出有实际应用价值的自动控制装置。
二、教学内容1.传感器的基本原理和种类；2.利用传感器对光照、温度、湿度等物理量进行检测和控制的方法；3.实验室中使用传感器制作自动控制装置的基本步骤和技巧；4.制作一个可以根据光照强度自动控制室内灯光的装置。
三、教学过程1. 传感器的基本原理和种类传感器是一种将一种物理量转变成另一种可供人们读取或处理的信号的装置，例如光线、声波、其它电磁波、地磁、压力、湿度、温度等物理量。
传感器的基本原理是将一种被检测的物理量转化成为电信号，再进行放大、滤波、处理等操作，最终输出供人们读取的结果。
常见的传感器种类包括：•光敏电阻：测量光强•热电偶：测量温度•湿度传感器：测量湿度•压力传感器：测量压力•加速度传感器：测量加速度2. 利用传感器对物理量进行检测和控制的方法传感器可以通过与微控制器或电脑相连，对光照、温度、湿度等物理量进行实时监测和控制。
具体操作步骤如下：1.连接传感器：将传感器与微控制器或电脑相连，传输实时数据。
2.读取数据：使用编程语言读取传感器的实时数据。
3.处理数据：根据读取到的数据进行分析、处理，得出所需要的结果。
4.控制执行器：通过控制执行器对物理量进行控制，如控制电机转动、控制灯光开启等。
3. 实验室中使用传感器制作自动控制装置的基本步骤和技巧在实验室中，使用传感器制作自动控制装置的基本步骤如下：1.选择传感器：根据需要监测的物理量选择合适的传感器，如光敏电阻、温度传感器等；2.连接传感器和执行器：将传感器和执行器相连，以使得传感器检测到的物理量可以控制执行器；3.测试传感器：检测传感器是否正常工作，并根据需求调整传感器的灵敏度；4.设计控制逻辑：根据需求设计控制逻辑，如当光照强度低于某一值时打开灯光；5.编程实现：使用编程语言实现所设计的控制逻辑。
第3节实验：利用传感器设计并制作简单的自动控制装置一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。
2．了解传感器的使用方法，利用传感器设计并制作简单的自动控制装置。
二、实验原理1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。
2．工作过程三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
部分器材用途：四、注意事项1．在做热敏电阻实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
2．光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。
五、实验过程(一)研究光敏电阻的光敏特性1．实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图甲所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时光敏电阻阻值又是多少，并记录。
2．数据处理把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。
(二)研究热敏电阻的热敏特性1．实验步骤(1)按如图乙所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。
(2)把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。
(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。
(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。
2．数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。
(2)在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
(3)根据实验数据和R-t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。
[基础考法]考法(一)对热敏电阻的研究和应用1．如图所示，一热敏电阻R T放在控温容器M内；为毫安表，量程为6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关。
已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。
现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下R T的阻值。
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。
(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线。
b．调节控温容器M内的温度，使得R T的温度为95 ℃。
c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。
d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录____________________。
e．将R T的温度降为T1(20 ℃<T1<95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数______________，记录__________________________________________________________。
f．温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1＝______________。
g．逐步降低T1的数值，直到20 ℃为止；在每一温度下重复步骤e、f。
解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联，电路图如图所示。
(2)本实验原理是电路对应不同状态时，通过调节电阻箱，使电路中的电流相等，外电路的总电阻相等。
R T的温度为95 ℃和降为T1时对应的电路的电阻相等，有150 Ω＋R0＝R T1＋R1，即R T1＝R0－R1＋150 Ω。
答案：(1)见解析图(2)d.电阻箱的读数R0e．仍为I0电阻箱的读数R1f．R0－R1＋150 Ω2．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，反应快，而且精确度高。
(1)如果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”)。
(2)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附近的温度。
如果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。
(3)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，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
(请在图乙中作图)解析：(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流变小。
(2)由(1)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。
(3)如图所示。
答案：(1)小(2)右(3)见解析图考法(二) 对光敏电阻的研究和应用3．为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U -I 图线，如图乙所示。
(1)根据U -I 图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为________ Ω，强光照射时电阻为________ Ω。
(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中________(选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。
若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用________(选填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确。
解析：(1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合题图乙知正常光照射时R 1＝U 1I 1＝2.4 V 0.8×10－3A＝3 000 Ω，强光照射时R 2＝U 2I 2＝0.8 V 4.0×10－3A ＝200 Ω。
(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表内阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。
答案：(1)3 000 200 (2)强光照射时 外接4．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。
光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。
某光敏电阻R P 在不同照度下的阻值如下表：(1)值随照度变化的特点。
(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V 时，控制开关自动启动照明系统。
请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx 时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。
(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R P (符号，阻值见上表)；直流电源E (电动势3 V ，内阻不计)；定值电阻：R 1＝10 kΩ，R 2＝20 kΩ，R 3＝40 kΩ(限选其中之一，并在图中标出)；开关S 及导线若干。
解析：(1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图1所示，光敏电阻的阻值随照度的增大而减小。
(2)根据串联电阻的正比分压关系，E ＝3 V ，当照度降低至1.0 lx 时，1、2两端电压升至2 V ，由图线1知，此时光敏电阻阻值R P ＝20 kΩ，U R P ＝2 V ，串联电阻分压U R ＝1 V ，由U R P U R＝R P R ＝2，得R ＝R P 2＝10 kΩ，故选定值电阻R 1，电路原理图如图2所示。
答案：见解析[典例] 某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻R t 、滑动变阻器R 串联接在电源E 两端，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。
继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值R t 与温度t 的关系如下表所示。
(1)提供的实验器材有：电源E 1(3 V ，内阻不计)、电源E 2(6 V ，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻R t、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。
某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。
在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。
(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω[三步稳解题]1．分析实验目的：制作一个简易的温控装置。
2．确定实验原理：通过继电器和热敏电阻进行控制电路，当继电器的电流超过15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。
3．制定数据处理方案：要实现电路控制，电流要超过15 mA，可确定电源的大小；进行电路故障排查时，要用多用电表的电压挡。
[解析](1)若实现对30 ℃温度的控制，继电器和R t的电压U1＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29 V，因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制，对全电路有：U＝I(R继＋R t＋R)，即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)，解得R＝330.9 Ω。
因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)a、b间电压为0，指针不偏转。
接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。
(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①。
[答案](1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①[创新领悟][创新考法]1．(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。
