利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

【教學目標】

一、知識與技能

1．知道干簧管、光敏電阻、三極管、二極管、電磁繼電器的功能。

2．會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。

二、過程與方法

通過實驗培養動手能力，體會傳感器在實際中的應用。

三、情感、態度與價值觀

在實驗中通過動手組裝和調試，增強理論聯系實際的意識，激發學習興趣，培養良

好的科學態度。

【教學重點】

門窗防盜報警裝置和光控開關的工作原理。

【教學難點】

根據已知的傳感器設計門窗防盜報警裝置和光控開關的電路。

【教學過程】

一、器材介紹

1．二極管：單向導電性，在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態；在反向電

壓作用下電阻很大，處于截止狀態。

2．三極管：全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控

制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點

開關。

3．電磁繼電器：電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（輸入回路）

和被控制系統（輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流、

1/5

較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關”。

二、門窗防盜報警裝置

1．目標效果：當門窗緊閉時，蜂鳴器不響，指示燈亮；當門窗被打開時，蜂鳴器

發出聲音警報，指示燈滅。

師生共同分析現象的實質：

靠近，蜂鳴器不響，指示燈亮；遠離，蜂鳴器發出聲音警報，指示燈滅。

讓學生根據實質選擇傳感器，根據上節課所學可以選擇使用干簧管。

2．實驗器材和裝置

（1）實驗電路圖

（2）實驗器材

（3）電路工作原理

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

2/5

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。

學生根據實驗操作進行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起

分析實驗失敗的原因。

3．實驗操作

（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，按照電路圖所示連接電路。

（3）接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀察實驗現象。

三、光控開關

1．目標效果：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。

師生共同分析現象的實質：

光照弱，路燈開啟；光照強，路燈熄滅。

讓學生根據實質選擇傳感器，根據上節課所學可以選擇使用光敏電阻。

教師提醒：工作電流很微弱，不能直接驅動執行機構工作，需要放大電路。

結合課前器材介紹，電路中需要增加三極管。

2．實驗器材和裝置

（1）實驗電路圖

若想采用小燈泡模仿路燈，就要使用繼電器（K）來啟、閉另外的供電電路。

（2）實驗器材

3/5

（3）電路工作原理

當環境光比較強時，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。

學生根據實驗操作進行實驗，觀察實驗是否成功，如果實驗失敗，請其他小組一起

分析實驗失敗的原因。

3．實驗操作

（1）按照電路圖連接電路，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。

【鞏固練習】

1．某同學設計了一個加速度計，如圖所示。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中

平移，滑塊兩側用彈簧3拉著；R為滑動變阻器，4是滑動

片，它與電阻器任一端之間的電阻值都與它到這端的距離成

正比。這個裝置就是一個加速度傳感器。兩個電池E的電壓

相同。按圖連接電路后，電壓表指針的零點位于表盤中央，

當P端的電勢高于Q端時，指針向零點右側偏轉。

4/5

將框架固定在運動的物體上，當物體具有圖示方向的加速度時，電壓表的指針將

向哪個方向偏轉？簡述你分析的過程。??

2．雙金屬溫度傳感器是將兩種具有不同熱膨脹系數的金屬貼合在一起制成的。當

它溫度升高時，兩種金屬伸長不一樣而發生彎曲變形，使觸點接通或斷開。日光燈啟動

器里就有一個雙金屬溫度傳感器。取一個報廢的日光燈啟動器，去掉外殼，在充有氖氣

的玻璃泡內，有一個U形的雙金屬片，其旁邊有一根直立的金屬絲，兩者構成一對觸

點。常溫下兩觸點是分離的，溫度升高時，雙金屬片因形變而與金屬絲接觸。

敲碎氖泡的玻璃，調節兩觸點之間的距離，使溫度升高到60℃時兩觸點恰好接通。

請你利用這個雙金屬溫度傳感器，設計一個電熱水器自動加熱的控制方案。當水溫低于

60℃時自動通電加熱，高于60℃時自動斷電。

3．工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造

成工傷事故，工廠中大都是利用光電控制設備來避免事故發生的。如圖所示為光控繼電

器的示意圖，它由電源、光電二極管（當有光照射時，二極管導通；沒有光照時，二極

管截止。）、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。這樣，當工人不慎將手伸入危險區域時，

由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即帶動開關，使機床停止工作，避免事故發