人教版 (2019)选择性必修 第二册利用传感器制作简单的自动控制装置表格教学设计

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册利用传感器制作简单的自动控制装置表格教学设计，共4页。教案主要包含了创设情境引入课题，电路的设计，电路调试等内容，欢迎下载使用。

课程基本信息
学科
物理
年级
高二
学期
秋季
课题
5.3利用传感器制作简单的自动控制装置（2）
教科书
书 名：高中物理新教材选择性必修第二册
出版社：人民教育出版社 出版日期：2020年5月
教学目标
1.会利用光敏电阻、三极管和可变电阻等制作光控开关电路。
2.初步认识并学会三极管和光控电路的联接。
3.通过制作光控电路，初步养成针对学习和生活中的问题，设计方案、动手实践的意识和习惯。
教学内容
教学重点：
1.引导学生学以致用，积极动手实践。
2.设计实验电路并组装，培养学生的动手能力。
教学难点：
1.根据电路设计图制作应用装置并进行调试。
2.对学生创新能力和实践意识的培养。
教学过程
一、创设情境引入课题
光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭。同学们能想到可以用什么传感器来实现呢？怎样控制路灯在天色暗下来时自动开启，而天亮时又能自动熄灭？
对，我们可以利用光敏电阻来完成这一任务。那么又如何设定或者调整光线暗到什么程度让路灯开启，光线亮到什么程度又让路灯自动熄灭呢？
二、电路的设计
1. 光敏电阻
光敏电阻具有怎样的特性呢？当受到光照时电阻变小，光照减弱时电阻变大。它可以直接作为开关吗？我们先来了解一下光敏电阻的阻值范围。我们从网上查到有关光敏电阻的介绍。
光敏电阻的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
2.电路设计的一些思路
我们从光敏电阻的阻阻值变化范围可以看到，用光敏电阻来直接当成电路的开关是不合适的。如何设计我们需要的光控自动开关呢？我们能够想到的办法是什么呢?
对了，我们只能通过间接的办法。我们看到光敏电阻比较大，那么它的工作电流也就比较小，我们需要配置一个放大电路来实现。实际上，目前对于同学们来说，我们对于技术上的知识与技能还是比较缺乏的，我们对于基本的电子元器件也了解的不多，因此现在让我们设计具体的线路实在是强人所难。没关系，那就让我们先学习吧。
书本给我们提供了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。现在我们先来一起读懂它。
3.三极管简介
我们看图。首先我们看到电路中都有VT这个元件，同学们在电子线路图里会经常看到它，它就是晶体三极管。
现在我们先来认识一下它。晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流的放大作用，在控制电路中常用作电子开关。它由三个电极组成，分别是发射极e,基极b和集电极c,有NPN型和PNP型两种（如图）。学到用时方恨少！有关三极管的知识，包括电子技术方面的许多知识和信息，由于本课内容与时间所限，就请同学们根据需要自己课后去查找资料吧。
三极管最基础的功能是电流（电信号）的放大作用，将三极管正确接入电路后，当基极b与发射极e间加上一定电压，从基极b输入一个微小电流时，集电极c与发射极e间就会有较大电流。此外，三极管具有开关的作用——当b、e间电压超过一定值就会被导通而有微小电流，e、c间就会有较大电流而处于导通状态，否则e、c间是不通的。
4.读懂实验电路
本实验就是用三极管配合光敏电阻来完成光控开关的任务。
我们先看甲图。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，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（图5.3-5甲）。
当光照强度弱到一定程度，光敏电阻阻值变大，分到的电压随之变大，从而使基极电压达到一定程度后，三极管被导通，从而使得由电源正极经电阻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。发光二极管（路灯）被点亮。可调电阻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。
同学们再来看看，这个电路图有没有什么缺点或者局限性呢？是的，这个电路通过光敏电阻控制三极管，然后三极管直接控制发光二极管。虽然实现了光控开关的功能，但是它却不能用于生活中，原因是三极管的电流较小，只能直接控制功率较小的发光二极管。而对于负载和功率较大发光电路三极管是不能直接控制的。
再来看图乙。采用小灯泡模仿路灯，因为小灯泡的负载、功率都较大，可以代表生活中更大的路灯，它不能直接用三极管来启动电路，因此又设计了用继电器来启、闭另外的供电电路，通过三极管控制继电器，从而间接地控制灯的点亮与熄灭。图中K为继电器的线圈，S为它的常开触点。另一方面，为了防止继电器断电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D，以提供自感电流释放的通路。
组装电路
清楚了电路的设计，让我们准备好要用到的器材，开始搭建这个电路吧。这是我们要用到的基本元件和参数，当然，我们还要准备面包板、导线等。
展示实验器件材料（如图）。
在教师的演示指导下，学生动手组装电路。
四、电路调试
注重引导学生动手调试与观察。
1.调节可变电阻，使发光二极管刚好熄灭，稍微对发光二极管遮挡光线，发光二极管点亮。
2.调大可变电阻，发现需要较为用力的遮挡，即当光照较暗时，发光二极管才被点亮。