学案新人教版选修3_2.doc
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1、14.3 实验:传感器的应用一、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.斯密特触发器:当输入端 A 的电压逐渐上升到某一值(1.6 V)时,输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),甲图中 LED 发光,乙图中蜂鸣器发声,当输入端 A 电压下降到某一值(0.8 V)时,输出端 Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V),甲图中 LED 熄灭,乙图中蜂鸣器停止发声。2.甲图中当光线较强, RG变小,给 A 点提供低电平,光线暗时, RG变大,A 点为高电平。3.乙图中温度正常, RT较大,A 点为低电平,温度升高到一定值, RT减小到
2、一定值,A 点为高电平。4.可以调节 R1,使不同光线或温度条件下 A 点获得高电平或低电平。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 k)、电阻 R2(330 )、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 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。四、实验过程1.光控开关(如图 1)2图 1(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
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。(6)改变滑动变阻器的滑片位置,重复以上步骤。要想在天更黑一些路灯才会点亮,需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些?通过做实验验证你的结论。2.温度报警器(如图 2)图 2(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,注意峰鸣器是否发声。(6)改变滑动变
4、阻器的滑片位置,分析变阻器的阻值大小和报警的关系。五、结果与分析1. 减 小 照 射 RG的 亮 度 RG阻 值 增 大 URG增 大输 入 端 A电 势 升高 , 输 入 高 电 平 Y输 出 低 电 平LED导 通 发 光2. 升 高 RT周 围 的 温 度 RT的 阻 值 减 小R1两 端 电压 U增 大 输 入 端 A电 势 升高 , 输 入 高 电 平 Y输 出 低 电 平蜂 鸣 器 导通 报 警六、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.光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接,否则电磁继电器不能正常工作。3精典示例例 1 如图 3 所示的光控
5、电路,用发光二极管 LED 模仿路灯, RG为光敏电阻, R1的最大电阻为 51 k, R2为 330 。白天,光的强度较大,光敏电阻 RG的电阻值较_,加在斯密特触发器 A 端的电压较_,则输出端 Y 输出高电平,发光二极管 LED_(填“导通”或“不导通”);当天色暗到一定程度时, RG的阻值增大到一定值,斯密特触发器输入端 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_(填“导通”或“不导通”),这样就达到了使路灯白天熄灭,天暗自动开启的目的。图 3解析 白天,光照强度较大,光敏电阻 RG的电阻值较小,加在斯密特触发器 A 端的电压较低,则
6、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 的电压上升到某个值(1.6 V)时,输出端 Y 会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白天熄灭,天暗自动开启的目的。答案 小 低 不导通 导通例 2 如图 4 所示,是一个火警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。图 4(1)要做到低温时电铃不响,火警时产生高温,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
7、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)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4电铃不响,表明输出给电铃的电压应该较小,输入与输出相反,可见虚线处元件应是“非”门。(2)高温时 RT的阻值减小, P、 X 之间电压降低,输入低电压时,从“非”门输出的是高电压,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两端的电压降低,则外界温度不太高时,就能使 P、 X 之间电压降到低电压输入,电铃就能发声,因此 R 较大时,反应较灵敏。答案 见解析针对训练 一路灯控制装置如图 5 所示,
8、 E6.0 V, RG为光敏电阻,光照射 RG时, RG变小。白天时,继电器 J 两端电压是较大还是较小?要使路灯比平时早一些时间亮起来,应如何调节 R1?图 5解析 由题可知,按照逻辑分析法,引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻 RG的光的强弱。白天光照强, RG的阻值较小, R1两端的电压 U1 较大,即 A 点电势较高,则 YER1RG R1端为低电平,继电器两端电压较小,不工作,路灯不亮。而夜间的情形恰好相反。所以白天时,继电器 J 两端电压较小。若使路灯早一些亮时,首先要明确继电器的动作电压 UJ一定, Y 端电平一定,A 端电平一定,则 R1两端的电压 U1一定,因 U1 ,则ER
9、1RG R1 ERGR1 1可知要使路灯早些亮时,环境光线仍较强, RG偏小,要保证 U1一定,必须调节 R1使其变小。答案 较小 调节 R1使其变小1.(温度报警器电路分析)(多选)如图 6 是温度报警器的电路示意图,下面对此电路的分析正确的是( )5图 6A.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 BC2.(自动控制
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