高中物理 人教版选修3-2 6.3 实验：传感器的应用 教学设计、教案

第三节实验：传感器的应用

实验目的

1．识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识．

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．

素养思维脉络

知识点1光控开关

1．电路图如图所示

2．工作原理

白天，光强度较大，光敏电阻R G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，R G的阻值增大到一定值，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．要想在天更暗时路灯才会亮，应如何调节R1

要想在天更暗时路灯才会亮，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R G的阻值更__大__，即天色更暗。

知识点2温度报警器

1．电路如图所示。

2．工作原理

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R T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。

3．要想在更高的温度时才报警，应如何调节R1

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。思考辨析

『判一判』

(1)斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号(×)

(2)发光二极管具有单向导电性(√)

(3)斯密特触发器是具有特殊功能的非门(√)

『选一选』

如图所示是一个基本逻辑电路。声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成的一个自动控制电路。该电路的功能是在白天无论声音多么响，小灯泡都不会亮，在晚上，只要有一定的声音，小灯泡就亮。这种电路现广泛使用于公共楼梯间，该电路虚线框N中使用的是门电路。则下面说法正确的是(B)

A．R2为光敏电阻，N为或门电路

B．R2为光敏电阻，N为与门电路

C．R2为热敏电阻，N为或门电路

D．R2为热敏电阻，N为非门电路

解析：根据电路的设计要求，可知N为与门电路，R2为光敏电阻，选项B正确。

『想一想』

如图所示：1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路。说明这种简单温度自动报警电路的工作原理。

解析：当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警。当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声。

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R G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R G电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值时，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，R G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．

探究一光控开关的应用

S

思考讨论

i kao tao lun 1

在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是什么？

提示：由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮；若R1与R G位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，晶体管不导通，灯泡不发光；灯泡断

路时无法发光。故原因可能为二极管接反，R1与R G位置颠倒，灯泡被断路。

G 归纳总结

ui na zong jie

1．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．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)要想天暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些。

D 典例剖析

ian li pou xi

例1如图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。

解题指导：电磁继电器是一个间接开关，是一个电路的通断来控制另一个工作电路的通断的开关；控制电路的通断是由光敏电阻R G阻值大小来决定的。

解析：(1)电磁继电器的工作原理

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，电磁铁失去磁性，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。

(2)控制电路工作原理

天较亮时，光敏电阻R G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R G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，R G阻值减小，斯密特