普通高中物理选择性必修二 第五章第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置

这是一篇关于“普通高中物理选择性必修二 第五章第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置“的思维导图，主要内容包括：实验一门窗防盗报警装置板块分为门窗防盗报警装置说明、实验器材和装置、电路工作原理、实验操作四部分。先介绍装置功能，当门窗被打开时就会触发报警；列出整套实验所需元器件，附带元器件参数表格；绘制对应的实物逻辑电路图，解析电路工作原理，分析干簧管这一磁传感器的控制逻辑；给出具体的实验操作步骤，提示操作观察要点。 实验二光控开关同样分成光控开关简介、实验器材和装置、电路工作原理、实验操作。本实验利用光敏电阻作为光电传感器，搭建光控电路；整理所需要的电子元器件以及各项参数表格；画出对应的电路原理图，分析外界光照强弱发生改变时，光敏电阻阻值变化如何改变三极管的导通与截止，从而实现自动开关；写明分步的实验操作流程，标注不同颜色提示的实验注意事项。整张思维导图把两个传感器动手实验的器材、原理图、原理、操作要点整合在一起，梳理清楚干簧管、光敏电阻两类传感器在自动控制电路当中的工作逻辑，厘清电路随外界环境信号变化的调控过程，便于整理复习实验考点。无论你是课前预习、课后复习还是备考高中物理学业水平、高考选考的学习者，都可以借助这份导图掌握本节实验内容。

• 普通高中物理选择性必修二 第五章第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 传感器是构成自动控制系统的必要环节。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠的捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。
• 实验1 门窗防盗报警装置
• 门窗防盗报警装置
  • 功能
    • 具有自动提示报警的功能
      • 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。
  • 实现方法
    • 利用干簧管在磁场中的特性
      • 门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路。
      • 干簧管可将门与门框的相对位置这一非电学量转换为电路的通断。
• 实验器材和装置
  • • 干簧管
      • 作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。
    • 继电器
      • （虚线方框部分）作为执行装置。
    • 发光 二极管
      • LED作为电路正常工作提示。
        • 发光二极管和普通二极管一样具有单向导电性，而且在导电时还能发光，有红、绿、黄等多种颜色。它小巧、省电，因此许多家用电器上都用它作指示灯。
    • R
      • 作为发光二极管的限流电阻，起保护作用。
    • 蜂鸣器
      • H作为报警提醒。
  • 基本元件及参数
• 电路工作原理
  • • 闭合电路开关S，系统处于防盗状态。
      • 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。
      • 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。
      • 干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则相当于一个自动的双向开关。
• 实验操作
  • 连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常工作。
  • 确定各元件可以正常工作后，连接电路。
  • 接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
• 实验2 光控开关
• 光控开关
  • 光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭
    • 能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，在天明时自动熄灭。
    • 利用光敏电阻来完成任务
• 实验器材和装置
  • • 光敏电阻
      • 光敏电阻的工作电流很微弱，不能直接驱动执行机构工作，因此一般需要配置一定的放大电路实现控制。RG为光敏电阻。
    • 晶体三极管
      • 三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。
      • 三极管由三个电极组成，分别是放射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种
      • 三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流。
      • 三极管还具有完成断路和开关作用。
    • 三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。
    • 发光二极管
      • 发光二极管LED模仿路灯。
    • 电阻R2
      • 发光二极管的限流电阻。
    • 可调电阻R1
      • R1与RG组成串联分压电路，把光敏电阻因光照而发生的电阻变化，转换为电压的变化，加载到三极管VT的基极b上。
      • 当基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正级经电阻R2、发光二极管、三极管集电极和发射极到达电源负极的回路被导通。
      • R1的作用是调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流。
      • 如果把R1阻值调得更大些，就会在天更暗时才点亮路灯。
  • • 小灯泡
      • 为了能够驱动更大功率的负载，采用小灯泡模仿路灯。
    • 继电器
      • 电路中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。
      • 使用继电器来启、闭另外的供电电路。
      • 为防止继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏三极管，必须给线圈并联一只二极管，以提供自感电流释放的通路。
  • 基本元件及参数
• 电路工作原理
  • • 环境光 比较强时
      • 光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通。
      • 发光二极管或继电器所在的回路相当于断路。
        • 发光二极管不工作，继电器处于常开状态，小灯泡不亮。
    • 环境光比较弱时
      • 光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流。
      • 点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡。
• 实验操作
  • 连接电路，检查无误后，接通电源。
  • 让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡刚好不发光。
  • 遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光。
  • 让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭。
  • 如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
• 只有自己动手进行组装和调试，才会对传感器的作用有更深切的体会。
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