第5章 第2节　第3节　大显身手的传感器—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册讲义

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第2节　科学制作：简单的自动控制装置
第3节　大显身手的传感器
学习目标：1.[科学探究]利用传感器制作简单的自动控制装置，进一步理解传感器
的工作原理。　2.[科学思维]了解敏感元件在自动控制电路中的作用。　3.[科学态度与
责任]了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利。
阅读本节教材，梳理必要知识点。
一、简单的自动控制装置
1．实验目的
(1)设计并制作光报警装置。
(2)设计并制作温度报警装置。
(3)了解制作的报警装置的工作原理。
2．实验器材
光敏电阻、热敏电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。
3．实验原理与设计
(1)光报警装置：如图所示，利用光敏电阻作控制元件，从而通过光线来实现自动
控制，当光照强度发生变化时，电阻 R发生变化，电路中的电流变化，当 R的阻值变
化到一定值时，蜂鸣器发生报警。
(2)温度报警装置：如图所示，利用热敏电阻作控制元件，从而通过温度来实现自
动控制，当温度发生变化时，电阻 RT发生变化，电路中的电流变化，当 RT的阻值变化
到一定值时，蜂鸣器发生报警。
4．实验步骤
(1)光报警装置实验步骤
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，调节滑动变阻器，使蜂鸣器在普通光照条件下不报警。
④ 用黑纸逐渐遮住光敏电阻，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。
⑤ 逐渐撤掉黑纸，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。
(2)温度报警装置
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，调节滑动变阻器，使蜂鸣器常温下不发声。
④ 用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。
⑤ 将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声，并做好记录。
二、大显身手的传感器
1．自动感应门
(1)控制自动门的开关装有一种红外线传感器
(2)自动门系统三环节：检测门前是否有人，判断结果发出指令，执行指令
2．洗衣机的水位控制装置
全自动洗衣机的水位控制装置中使用压力传感器，当筒内水位到达设定高度时，
凸起的膜片使动触点接触控制电路的静触点，使控制电路接通，关闭进水电磁阀门，
同时接通洗涤电动机电源。
3．指纹识别器
指纹识别器是通过电容传感器来识别指纹的。手指皮肤与电容传感器表面构成了
电容阵列，指纹的脊和谷相对于另一极板的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容
器电容不同。
4．机器人
(1)机器人传感器的分类：机器人传感器分为外部传感器和内部传感器。
(2)传感器用途
① 外部传感器用于感知外部工作环境和外界事物对机器人的刺激。使机器人拥有
类似人的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等感觉。
② 内部传感器(如角度传感器、关节传感器等)用于检测机器人自身的状态。
思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)洗衣机的自动控制装置利用了压力传感器。 (√)
(2)自动门利用了红外线传感器。 (√)
(3)指纹识别器是利用压力传感器。 (×)
(4)机器人利用多种传感器从而具有拟人化的特点。 (√)
(5)自动控制装置的设计是利用敏感元件的特性设计的。 (√)
简单的自动控制装置
1.数据测量
(1)光报警装置中记录滑动变阻器滑片的位置，光敏电阻特性、光照强度与蜂鸣器
报警的关系
光敏电阻特性测量步骤：
① 将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按实验原理图所示电路连接好，其
中多用电表置于“×100”挡；
② 先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；
③ 打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表
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