实验：传感器的应用 课件

反思领悟： 该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电 学应了解的内容，对于培养能力、理论联系实际将起到推动作用， 也是高考的趋向．
创新拓展 几种传感器的工作原理分析
图 6－3－10 【例 3】 一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随 温度 t 变化的关系如图 6－3－10 中实线①所示，由于环境温度以 及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因 而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用 主要成分为 BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨 斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC 材料的电阻随温 度变化的关系如图中实线②所示．
图 6－3－3
2．将一个电容传感器接到计算机上，就可以测量快速变化 的力，用这种方法测得的某单摆摆动时悬线上拉力的大小随时间 变化的曲线如图 6－3－4 所示，某同学由此图线提供的信息做出 了下列判断：
图 6－3－4
①t＝0.2 s 时，摆球正经过最低点 ②t＝1.1 s 时，摆球正经过最低点 ③摆球摆动过程中机械能减小 ④摆球摆动的周期是 T＝1.4 s 上述判断中，正确的是( ) A．①③ B．②③ C．③④ D．②④
新知梳理 【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．
【实验原理】 1．斯密特触发器：当输入端电压上升到某一值(1.6 V)时， 输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，当输入端电压下降 到某一值(0.8 V)时，输出端会从低电平跳到高电平(3.4 V)． 2．普通二极管：具有单向导电性． 3．发光二极管：具有单向导电性，同时还能发光． 4．光控开关工作原理(如图 6－3－2)所示．
根据图线分析： (1)为什么处于冷态的 PTC 熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温 快？
(2) 通 电 一 段 时 间 后 电 熨 斗 温 度 t 自 动 地 稳 定 在 ________<t<________范围之内．
解析： (1)由于冷态时 PTC 材料电阻很小，故由 P＝UR2知，其发热 功率很大，所以升温很快． (2)在 T6～T7 之间，电熨斗放出的热量和产生的热量 才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度 t 自动地 稳定在 T6<t<T7 范围之内．
答案：(1)见解析 (2)T6 T7
图 6－3－11 【例 4】 某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换 器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为 k)， 如图 6－3－11 所示．测量时先调节输入端的电压，使转换器空 载时的输出电压为零；然后在其受压面上放一物体，即可测得与
物体的质量成正比的输出电压 U. 现有下列器材：力电转换器、质量为 m0 的砝码、电压表、
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 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 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．
反思领悟：斯密特触发器是具有特殊功能的非门，常用符号
表示；在逻辑电路中，经常把电势的高低叫做“电平”的 高低，“输出低电平”的意思是，输出端处于低电例 2】 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 6－3－7 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．
【答案】A 【解析】由图象看出，单摆受力的最大值在减小，最小值在 增大，说明单摆做减幅振动，机械能减小，故③正确；当单摆受 力最大时应在最低点，由图可以看出 t＝0.2 s 时在最低点，而 t ＝1.1 s 时应在最高点，故①正确，②错误；由于单摆一个周期两 次经过平衡位置，故由图象可读出单摆的周期 T＝1.4 s－0.2 s＝ 1.2 s，则④不正确，故应选 A.
图 6－3－7 思路点拨：热敏电阻 R1 与滑动变阻器及电磁继电器构成低 压控制电路．
解析： (1)电路图如图所示．
(2)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．
1．如图 6－3－3 所示是继电器的原理图，当在接线柱 2、3 间接入电源时，电磁铁便使衔铁 P 脱离 A 而与 B 接触，从而达到 控制电路的目的．接线柱__2_、__3___与接有电源的热敏电阻串接， 接线柱___1_、__5___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．
解析： (1)设计的电路如图所示．
(2)测量步骤与结果： ①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零． ②将砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压 U0. 由 U0＝km0，得 k＝Um00. ③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压 U. 由 U＝km 得 m＝mU00U.
(3)①因电源电压不够而输出电压调不到零． ②待测物体质量超出转换器量程．
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，电磁继电器工作，
题型 1实验原理的分析 【例 1】如图 6－3－5 所示为低压控制电路操纵路灯工作的 电路，试分析其工作原理．
图 6－3－5
思路点拨：电磁继电路的工作原理：因集成电路允许通过的 电流较小，白炽灯泡工作电流较大，所以使用继电器来启闭工作 电路．如题干图所示虚线框内是电磁继电器 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，从而带动触点 D 向下与 E 接触，工作电路接通；当线圈 A 中电流为零时，电磁继失去磁性，衔铁 B 在弹簧作用下拉起， 带动触点 D 与 E 分离，自动切断工作电路．
二、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．
【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．
图 6－3－2
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．
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．
【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)．
【实验步骤】 一、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．
滑动变电阻器、干电池各一个，电键及导线若干、待测物体(可置 于力转换器的受压面上)．
请完成对该物体质量的测量． (1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使 电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图．
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数 k，并测出待测物体的 质量 m.
(3)请设想实验中可能会出现的一些问题．