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专注：心无旁骛，万事可破

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5.3利用传感器制作简单的自动控制装置

教学设计

课题

利用传感器制作简单的自动控制装置

单元

5

学科

物理

年级

高二

学习

目标

1.了解门窗防盗报警装置，会组装门窗防盗报警装置。

2.了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。

重点

设计方案及其工作原理

难点

动手实践能力

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

传感器是构成自动控制系统的必要环节，如走廊里的声、光控开关，温度报警器，孵小鸡用的恒温箱，路灯的自动控制，银行门口的自动门等，都用到了传感器。如果没有传感器对原始信息进行准确、可靠地捕捉和转换，那么一切控制将无法实现。

这节课我们就来探究门窗防盗报警装置和光控开关的工作原理。

了解传感器的重要性

引起学生学习的兴趣，为下面的进一步学习做铺垫

讲授新课

实验一：门窗防盗报警装置

1.门窗防盗报警装置的功能和构成

（1）功能

具有自动提示报警的功能。在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置。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。

门窗防盗报警装置

（2）构成

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。

2.实验器材和装置

（1）实验器材

名称

规格型号

干簧管SA

常开型

继电器

JQX-14FC5V

发光二极管LED

绿色

电阻R

330Ω

蜂鸣器H

有源型

电源

干电池6V

小磁体

开关

（2）装置中各元件的作用

①干簧管：在电路中起传感器和控制开关的作用，作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。

②继电器（虚线方框部分）作为执行装置，继电器则相当于一个自动的双向开关。

实验原理图

③发光二极管LED作为电路正常工作提示。

特别提醒

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。

④R：为发光二极管的限流电阻，起保护作用。

⑤蜂鸣器H：作为报警提醒。

3.电路工作原理

（1）闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，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。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。

（2）当门窗开启时，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。

4.实验步骤

（1）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，观察簧片能否正常动作。

（2）确定各元件可以正常工作后，按照图中所示连接电路。

（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。

5.实验现象

接通电源后，磁体M靠近干簧管SA，电器的动触点c与常开触点a接通发光二极管LED发光；磁体离开干簧管，继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。

实验二：光控开关

光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。

怎样能够在天色暗到一定程度时让路灯自动开启，而在天明时自动熄灭?

我们可以利用光敏电阻来完成这一任务，下面提供两种模拟的光控开关电路，用发光二极管或小灯泡代表路灯。

1.实验器材和装置

名称

规格型号

名称

规格型号

可调电阻R1

最大电阻为51kΩ

继电器

HRS1H-S5V或

JQX-14FC5V

限流电阻R2

330Ω

小灯泡L

6V0.3A

光敏电阻RG

暗电阻1MΩ

亮电阻3kΩ

二极管D

IN4001

三极管VT

8050

电源

干电池6V

发光二极管LED

红色

（1）晶体三极管：晶体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，分别是发射极e，基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种。

NPN型PNP型

三极管电路符号及实物图

（2）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接通的开关作用。

2.实验电路

本实验采用三极管配合光敏电阻完成光控开关的任务。光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R2为发光二极管的限流电阻。可调电阻R1与光敏电阻RG组成串联分压电路。

两种模拟的光控开关电路，用发光二