第5章傳感器

第3節利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

本節課程主要學習傳感器在實際生活中的應用，是在前兩節課程知識的基礎上將傳感器從理論應

用到實際，一方面學生需要體會傳感器在不同電路中的功能，另一方面要求學生能夠分析含有傳感

器的不同電路，并進行必要的定量計算，體會非電學量轉換成電學量的好處。

【物理觀念】了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理。

【科學思維】學會分析含有傳感器的不同電路，并進行定量的計算，用科學的思維方式，來解決實

際問題。

【科學探究】通過對門窗防盜裝置、光控電路的實驗操作，提高實際動手能力的同時學會自己分析

問題、解決問題，培養探究科學問題的興趣。

【科學態度與責任】引領學生驗探索現代科技產物的熱情，敢于嘗試，樂于思考的科學態度，培養

團隊精神。

【教學重點】了解門窗防盜裝置、光控電路的實驗電路圖及工作原理，并知道電磁繼電器、三極管

的基本功能。

【教學難點】通過學習門窗防盜裝置、光控電路的實驗過程及原理能夠制作簡單的自動控制裝置，

并可以對相關題目進行定性分析與相應的定量計算。

一、【引入新課】

生活中的傳感器

磁光效應傳感器光感傳感器

仿生傳感器水質PH傳感器紫外線傳感器

傳感器是構成自動控制系統的必要環節。如果沒有傳感器對原始信息進行準確、可靠地捕捉和

轉換，那么一切控制將無法實現。

本節提供了兩個利用傳感器實現簡單自動控制的實驗，同學們可以根據興趣和器材條件從中選

擇一個。只有自己動手進行組裝和調試，才會對傳感器的作用有更深切的體會。

二、【進行新課】

探究點一、實驗1門窗防盜報警裝置

下面我們來看幾個生活中的實例怎樣才能實現上述功能呢？利用干簧管在磁場中的特性是不錯的選

擇。如圖是一個簡單的門窗磁控防盜報警裝置示意圖。門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內與M相

對的位置嵌入干簧管SA，并將干簧管接入報警電路。干簧管可將門與門框的相對位置這一非電學量

轉換為電路的通斷。

門窗防盜報警裝置

實驗目的：了解門窗報警裝置的原理

實驗原理：閉合電路開關S,系統處于防盜狀態。當門窗緊閉時,磁體M靠近干簧管SA,干簧管兩個簧

片被磁化相吸而接通繼電器線圈K,使繼電器工作。繼電器的動觸點c與常開觸點a接通,發光二極

管LED發光,顯示電路處于正常工作狀態。當門窗開啟時,磁體離開干簧管,干簧管失磁斷開,繼電器

被斷電。繼電器的動觸點c與常閉觸點b接通,蜂鳴器H發聲報警。干簧管在電路中起傳感器和控制

開關的作用,繼電器則相當于一個自動的雙向開關。

電磁繼電器

實驗器材

電源、導線、開關、干簧管、繼電器、蜂鳴器、發光二極管、電阻、小磁體。

實驗步驟

(1)連接電路前,要先判斷一下干簧管是否可以正常工作。用磁體直接靠近干簧管,觀察簧片能否正常

動作。

(2)確定各元件可以正常工作后,連接電路。

(3)接通電源后,將磁體先后靠近和離開干簧管,分別觀察實驗現象。

門窗防盜報警裝置電路圖發光二極管

表1基本元件及參數

探究點二、實驗2光控開關

光控路燈可以根據光照的變化自動開啟或關閉。怎樣能夠在天色暗到一定程度時讓路燈自動開啟，

而在天明時自動熄滅？我們可以利用光敏電阻來完成這一任務。下面提供兩種模擬的光控開關電路，

用發光二極管或小燈泡代表路燈。

實驗目的：了解光控開關的原理。

實驗原理：當環境的光比較強時,光敏電阻RG的阻值很小,三極管不導通,發光二極管或繼電器所在

的回路相當于斷路,即發光二極管不工作;繼電器處于常開狀態,小燈泡L不亮。當環境的光比較弱時,

光敏電阻RG的阻值變大,三極管導通,且獲得足夠的基極電流,產生較大的集電極電流,點亮發光二

極管或驅動繼電器吸合而點亮小燈泡L。

三極管電路符號及實物圖

光控開關電路

實驗器材

可調電阻、限流電阻、光敏電阻、暗電阻、亮電阻、三極管、發光二極管、繼電器、小燈泡、二極

管、電源。

實驗步驟

(1)連接電路,檢查無誤后,接通電源。

(2)讓光敏電阻RG受到白天較強的自然光照射,調節電阻R1使發光二極管LED或小燈泡L剛好不發

光。

(3)遮擋RG,當光照減弱到某種程度時,就會看到發光二極管LED或小燈泡L發光。

(4)讓光照加強,當光照強到某種程度時,則發光二極管LED或小燈泡L熄滅。

如果實驗現象不明顯,可用手電筒加強光照,或遮蓋光敏電阻,再進行觀察。

表2基本元件及參數

課堂重點知識小結

研究傳感器應用注意事項

對于有關傳感器應用的實驗電路問題，解答時應先弄清楚電路中所用傳感器的類型及其工作原

理，然后根據電路特點進行分析．

隨堂練習

例1、(多選)下如圖所示為一個邏輯電平檢測電路，A與被測點相接，則()

A．A為低電勢，LED發光

B．A為高電勢，LED發光

C．A為低電勢，LED不發光

D．A為高電勢，LED不發光

【答案】：BC

【解析】：A為低電勢時，Y為高電平，LED的電壓小，不發光；A為高電勢時，Y為低電勢，LED的

電壓大，發光，故B、C正確．

例2、（單選）如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，

以下說法正確的是()

A．溫度升高至74℃時，L1亮燈報警

B．溫度升高至74℃時，L2亮燈報警

C．溫度升高至78℃時，L1亮燈報警

D．溫度升高至78℃時，L2亮燈報警

【答案】：D

【解析】：當溫度低于78℃時，線圈中沒有電流，此時燈L1亮，但不報警，當溫度升高到78℃

時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報警，溫度升高至74℃時，線

圈中沒有電流，只是燈L1亮，不會報警．

例3、（單選）如圖所示是一位同學設計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。門打開時,紅外光敏電

阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關閉時會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經實際試驗,可知燈

的亮滅情況能反映門的開關狀態。門打開時兩燈的發光情況及R2兩端電壓U2與門關閉時相比()

A.紅燈亮,U2變大

B.綠燈亮,U2變大

C.綠燈亮,U2變小

D.紅燈亮,U2變小

【答案】：D