34-用傳感器制作自控裝置、35-用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度-課件

第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度10/17/2023課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí)，練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)裝置．2．知道什么是磁傳感器，了解霍爾元件的工作原理及如何用霍爾元件測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.實(shí)驗(yàn)的操作．2．加深對(duì)傳感器原理的理解．3．干簧管的作用及霍爾元件的工作原理．10/17/2023

第五節(jié)核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案課標(biāo)定位10/17/2023課前自主學(xué)案一、應(yīng)用光敏電阻制作光控自動(dòng)照明燈電路1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馀c傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識(shí)，練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)控制裝置．2．實(shí)驗(yàn)器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5MΩ)、燈泡L、萬(wàn)用表、導(dǎo)線．3．實(shí)驗(yàn)原理10/17/2023圖3－4－1由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，控制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖3－4－1所示．(1)白天自然光較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS門電極處于低電平，VS關(guān)斷．10/17/2023(2)當(dāng)夜幕降臨時(shí)，照在RG上的自然光減弱，RG呈高電阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈L亮．(3)改變R的阻值，即改變其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點(diǎn)．(4)二極管VD，晶閘管VS的特性①二極管：具有單向?qū)щ娦裕?dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，它的阻值很??；當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，它的電阻很大．②晶閘管VS：當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)．當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓情況下晶閘管才導(dǎo)通．10/17/20234．實(shí)驗(yàn)步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，調(diào)零后，測(cè)量電阻R的阻值，檢查R是否符合要求．(2)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，調(diào)零后，用兩表筆分別接二極管兩極，然后將兩表筆位置對(duì)調(diào)．若兩次測(cè)量結(jié)果一次較小，一次很大，則二極管性能良好．(3)將多用電表旋鈕撥至R×1k擋，紅表筆接晶閘管K極，黑表筆同時(shí)接通G、A極，在保持黑表筆不脫離A極狀態(tài)下斷開(kāi)G極，指針指示幾十10/17/2023歐至一百歐，然后瞬時(shí)斷開(kāi)A極再接通，若指針指示∞位置，則表明晶閘管良好．(4)按照電路圖，將各元件焊接，安裝好．(5)檢查各元件的連接，確保無(wú)誤．(6)接通電源，觀察強(qiáng)光照射光敏電阻時(shí)和用黑紙包裹光敏電阻時(shí)燈泡L的狀態(tài)．二、磁傳感器的原理與應(yīng)用1．磁傳感器是把________變成______，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的．2．霍爾元件：能夠把___________這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成______這個(gè)電學(xué)量的裝置．3．用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，通電螺線管產(chǎn)生______，其方向符合_______________磁信號(hào)電信號(hào)磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓磁場(chǎng)右手螺旋定則．10/17/2023核心要點(diǎn)突破一、怎樣理解光控開(kāi)關(guān)的工作原理圖3－4－2圖3－4－2所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模仿路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.10/17/2023當(dāng)天黑時(shí)，光線變?nèi)?，RG電阻變大，串聯(lián)電路中RG分得電壓增大，二極管LED兩端電壓相應(yīng)增加，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)自動(dòng)發(fā)光．黎明時(shí)，光線變強(qiáng)，RG電阻減小，二極管LED兩端電壓相應(yīng)降低，降低到一定值時(shí)自動(dòng)熄滅，從而使RG電路中起到自動(dòng)控制電路的作用．10/17/2023即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1．如圖3－4－3是紅外線遙控接收器，甲圖為外形，乙圖為電路，電路中G為紅外線接收頭OUT，LED為發(fā)光二極管，R為電阻，阻值約為510Ω，HTD為壓電陶瓷喇叭，當(dāng)接收頭未接收到紅外線時(shí)，接收器不發(fā)聲．當(dāng)用遙控器對(duì)準(zhǔn)接收頭(30m以內(nèi))發(fā)射紅外線時(shí)：圖3－4－310/17/2023(1)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？(2)接收頭的作用原理是什么？解析：(1)陶瓷喇叭發(fā)出響聲，同時(shí)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮．(2)接收頭G是接收紅外線的．當(dāng)未接收到紅外線時(shí)，接收頭輸出端為高電平，喇叭不響，二極管不會(huì)發(fā)光；當(dāng)接收頭接收到紅外線時(shí)，接收頭輸入端為高電平，輸出端為低電平，喇叭會(huì)響，同時(shí)二極管會(huì)發(fā)光．此實(shí)驗(yàn)是演示紅外線能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控．答案：見(jiàn)解析10/17/2023二、霍爾元件的工作原理是什么？霍爾元件就是利用霍爾效應(yīng)而設(shè)計(jì)的一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片，在其前、后、左、右分別引出一個(gè)電極，如圖3－4－4所示．沿PQ方向通入電流I，垂直于薄片加勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，則在MN間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差為U，設(shè)薄片厚度為d，PQ方向長(zhǎng)度為l1，MN方向?yàn)閘2.薄片中的帶電粒子受到磁場(chǎng)力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使N側(cè)電勢(shì)高于M側(cè)，造成半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng)．帶電粒子同時(shí)受到電場(chǎng)力作用．當(dāng)磁場(chǎng)力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，MN間電勢(shì)差達(dá)到恒定．10/17/2023圖3－4－410/17/202310/17/2023即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2．磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器．其原理如圖3－4－5所示，一塊導(dǎo)體高為l，厚為d，分別接有a、b、c、d四個(gè)電極，將導(dǎo)體放在如右圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)a、b間通過(guò)電流I時(shí)，在電極c、d接上靈敏度極高的電壓表，測(cè)得兩極間的電勢(shì)差為U，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少？圖3－4－510/17/202310/17/2023三、干簧管是怎樣起開(kāi)關(guān)作用的？探究：干簧管內(nèi)部的兩個(gè)簧片是軟磁性材料做成的．當(dāng)它附近有磁場(chǎng)存在時(shí)，兩個(gè)簧片被磁化而吸引在一起，接通了電路；當(dāng)磁場(chǎng)消失后，簧片又失去磁性而斷開(kāi)，所以干簧管是可以用磁場(chǎng)來(lái)控制開(kāi)關(guān)的．10/17/2023課堂互動(dòng)講練類型一自動(dòng)控制電路

圖3－4－6是一個(gè)簡(jiǎn)單的磁控防盜報(bào)警裝置．門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對(duì)的位置嵌入干簧管H，并且將干簧管接入圖示的電路．睡覺(jué)前連接好電路，當(dāng)盜賊開(kāi)門時(shí)，蜂鳴器就會(huì)叫起來(lái)．請(qǐng)說(shuō)明它的工作原理，最好通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M這個(gè)電路的工作．例1圖3－4－610/17/2023【精講精析】當(dāng)門閉著時(shí)，永磁體使干簧管接通，斯密特觸發(fā)器輸入端與電源負(fù)極相連，處于低電平，則輸出端為高電平，故蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)開(kāi)門時(shí)，沒(méi)有永磁體作用，干簧管不通，斯密特觸發(fā)器輸入端為高電平，則輸出端為低電平，則蜂鳴器通電，發(fā)聲報(bào)警．【答案】見(jiàn)精講精析10/17/2023類型二傳感器的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)

車床在工作時(shí)是不允許將手隨便接近飛轉(zhuǎn)的工件的，為了防止萬(wàn)一，設(shè)計(jì)了下面的光電自動(dòng)制動(dòng)安全電路，只要人手不小心靠近了工件，機(jī)器就自動(dòng)停轉(zhuǎn)，請(qǐng)簡(jiǎn)述其工作原理．(圖3－4－7中的A為車床上的電動(dòng)機(jī)；B為隨電動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工件；C為光源，它發(fā)出的光照到光敏電阻D上；E為電磁鐵；F為銜鐵；G為電源；H為彈簧)例2圖3－4－710/17/2023【精講精析】當(dāng)手在C、D間靠近工件時(shí)，遮擋住射向光敏電阻的光，光敏電阻的阻值迅速變大，電路中的電流減小，使電磁鐵磁性減弱從而放開(kāi)銜鐵，造成電動(dòng)機(jī)斷路，使工件停轉(zhuǎn)以保證安全．【答案】見(jiàn)精講精析10/17/2023【方法總結(jié)】光傳感器是重要的傳感器之一，人們利用硫化鎘對(duì)可見(jiàn)光敏感的特性，制作路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)、光照自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置等自控設(shè)備；利用某些半導(dǎo)體材料對(duì)紅外光敏感的特性，制作遙控設(shè)備，廣泛應(yīng)用在電視機(jī)、錄像機(jī)、空調(diào)、影碟機(jī)等家用電器的操作中，由于對(duì)紅外光敏感的元件對(duì)可見(jiàn)光不敏感，用它制作的裝置不受可見(jiàn)光影響，因此它的應(yīng)用十分廣泛．10/17/2023類型三

霍爾效應(yīng)

如圖3－4－8所示，厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為

，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一例310/17/2023側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)．橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力．當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差．設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e.回答下列問(wèn)題：(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì)________下側(cè)面A′的電勢(shì)(填“高于”“低于”或“等于”)．10/17/202310/17/202310/17/2023【答案】見(jiàn)自主解答【方法總結(jié)】本題是討論霍爾效應(yīng)的題目，霍爾元件可以制成多種傳感器，由于霍爾元件很小，它可以用來(lái)制作探測(cè)磁場(chǎng)的探頭，還可以應(yīng)用在其他與磁場(chǎng)有關(guān)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，因而霍爾元件也叫磁敏元件．10/17/2023變式訓(xùn)練(單選)如圖3－4－9所示，截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在磁場(chǎng)中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示電流時(shí)，導(dǎo)體上下表面的電勢(shì)有什么關(guān)系(

)A．UM>U