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探究突破 一、实验目的 1.了解光控开关和温度报警器的工作原理。 2.练习用传感器制作自动控制设备。
二、实验原理 1.光控开关电路分析 (1)电路如图所示
(2)斯密特触发器 实质是一个具有特殊功能的非门,当A端电势高于1.6 V时,Y端会 输出0.25 V的低电势,当A端电势低于0.8 V时,Y端会输出3.4 V的高 电势。
3 实验:传感器的应用
核心素养培养目标
1.了解斯密特触发器的工作特点,能够分析 光控电路的工作原理。 2.了解温度报警器的电路工作原理。 3.培养实验动手能力,体会物理知识在实际 中的应用。 4.体验从原理到应用的过程,激发学生学习 热情,培养学生科学严谨的工作态度和勇 于探索的创新精神。
核心素养思维导图
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1.如图所示,某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O 点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。 电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是
() A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联 B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联 C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联 D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联 解析:A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流 随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断 开,进而起到控制作用,故正确答案为A。 答案:A
(3)电路Байду номын сангаас析
①电磁继电器的工作原理
由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就 要使用继电器来启闭另外的供电电路。如图所示,图中虚线框内即 为电磁继电器J,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中 产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与静触点E 接触,将工作电路接通,当线圈A中电流为零时,电磁铁失去磁性,衔 铁B在弹簧作用下被拉起,动触点D与静触点E分离,自动切断工作 电路。
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3.(多选)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
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2.(多选)温度报警器的电路示意图如图所示,下面对此电路的分析 正确的是( )
A.当RT的温度升高时,其阻值减小,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,其阻值减小,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 答案:BC
四、实验步骤
1.光控开关实验步骤 (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)用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。 (5)逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。 2.温度报警器实验步骤 (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)用热水使热敏电阻的温度升高,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。
2.温度报警器电路分析 电路如图所示。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。
答案:见解析
设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行 (1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。 控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元 件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、 电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通 过电磁继电器相关联,电磁继电器实际上是工作电路的开关。 (2)分析自控电路的合理性。 电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻 或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。 例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭, 晚上接通工作电路,使路灯发光。
传感器的应用实验 1.光控开关 2.温度报警器
1.斯密特触发器
斯密特触发器是一种特殊的非门(选填“与门”“或门”或“非门”)电 路。当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时,输出端Y会突 然从高电平跳到低电平,而当输入端A的电压下降到另一个值的时 候,Y会从低电平跳到高电平。斯密特触发器可以将连续变化的模 拟信号转换为突变的数字信号。
【注意事项】
1.光控开关实验 (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)要想天暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些。 2.温度报警器实验 (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)要使热敏电阻在较低的温度时报警应增大R1的阻值。
2.光控开关 如图所示的光控开关电路中的LED是发光二极管(填电子元件的 名称),RG是光敏电阻(填电子元件的名称),当有较强的光照射RG时, 斯密特触发器Y端输出高(选填“高”或“低”)电平。
3.温度报警器
如图所示的温度报警器电路中RT是热敏电阻(填电子元件的名 称),当环境温度较高时,蜂鸣器将发出鸣叫声。
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4.如图所示,自动水位报警的示意图,其中继电器的线圈通过电流时,
磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触。若要求水位正常
时绿灯亮,高出一定水位时红灯亮,现有红、绿灯泡各一个,红灯泡
应安在 位置,绿灯泡应安在
位置。(均选填“A”或“B”)
解析:水位正常时,线圈中没有电流,衔铁1与触头3接触,这时应绿灯 亮,所以绿灯泡应安在A位置,当高出一定水位时,线圈中有电流,磁 铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触,这时应红灯亮,所以 红灯泡应安在B位置。 答案:B A
②控制电路的原理
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A,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A中不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路 的电源,路灯熄灭。
典例剖析 电磁继电器与自动控制 【例题】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变 阻器、开关和导线若干。如图所示,试设计一个温控电路。要求温 度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以 自动断电,画出电路图并说明工作过程。
解析:电路图如图所示。
工作过程:闭合S,当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁 继电器的电流不能使它工作,K接通电炉丝加热,当温度达到设计值 时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K 断开,电炉丝断电,停止供热。当温度低于设计值,又重复前述过程。
三、实验器材
1.光控开关实验: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。
2.温度报警器实验: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)。
