2024-2025學年高中物理第3章傳感器第4節(jié)用傳感器制作自控裝置第5節(jié)用傳感器測磁感應強度學案粵教版選修3-2

PAGE6-第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測磁感應強度[學習目標]1.了解晶閘管的工作特點，利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置.2.通過利用傳感器制作自動限制裝置的過程，培育動手實力和解決問題的實力.3.知道利用傳感器測量磁感應強度的原理.4.體驗探究自然規(guī)律的艱辛和勝利的喜悅，培育團隊精神．一、應用光敏電阻制作光控自動照明燈電路1．試驗目的了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理學問，練習用傳感器制作自動限制裝置．2．試驗器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5MΩ)、燈泡L、多用電表、導線．3．試驗原理由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，限制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖所示．(1)當白天自然光線較強時，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS的門電極處于低電平，VS關(guān)斷．(2)當夜幕駕臨 時，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲得正向觸發(fā)電壓而導通，燈L亮．(3)變更R的阻值，即變更其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點．4．二極管VD、晶閘管VS的特性(1)二極管：具有單向?qū)щ娦裕斀o二極管加正向電壓時，它的阻值很小；當給二極管加反向電壓時，它的電阻很大．(2)晶閘管VS：當晶閘管承受反向電壓時，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)．當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極承受正向電壓狀況下晶閘管才導通．5．試驗步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R“×1k”擋，調(diào)零后，測量電阻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調(diào)．若兩次測量結(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，黑表筆同時接通G、A極，在保持黑表筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極，指針指示幾十歐至一百歐，然后瞬時斷開A極再接通，若指針指示∞位置，則表明晶閘管良好．(4)依據(jù)電路圖，將各元件焊接、安裝好．(5)檢查各元件的連接，確保無誤．(6)接通電源，視察強光照耀光敏電阻時和用黑紙包袱光敏電阻時燈泡L的狀態(tài)．6．留意事項(1)安裝前，對全部器材進行測試，確保各元件性能良好后，再進行安裝．(2)焊接時，管腳必需在離管殼5mm以上處焊接，焊接時間不易過長．(3)留意二極管、晶閘管各極正確裝入電路，不行錯接、反接．二、用磁傳感器測磁感應強度1．磁傳感器是把磁感應強度變成電信號，從而實現(xiàn)磁感應強度測量的．2．用傳感器測磁感應強度時，通電螺線管產(chǎn)生磁場，其方向符合安培定則．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)光敏電阻隨光照強度增加電阻變大．(×)(2)二極管加正向電壓時阻值很?。?√)(3)隨著科技的發(fā)展，傳感器會應用在各行各業(yè)和生活的方方面面，可以完全取代人的應用．(×)(4)當路燈自動限制電路做好后，不能隨意調(diào)整路燈點亮熄滅的起控點．(×)(5)磁傳感器是把磁感應強度轉(zhuǎn)變成電信號．(√)2．利用半導體不行以制成的是()A．標準電阻 B．熱敏電阻C．光敏電阻 D．晶體管A[標準電阻是幾乎不受溫度影響的電阻，一般是用錳銅合金或鎳銅合金制造的，故只選A.]3．某小型電磁繼電器，其中L為含鐵芯的線圈．P為可繞O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱，如圖所示．電磁繼電器與傳感器協(xié)作，可完成自動限制的要求，其工作方式是()A．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)A[A、B接電磁繼電器的線圈，所以A、B應接信號電壓、線圈電流隨信號電壓變更使電磁繼電器相吸或釋放，從而使C、D接通或斷開，進而起到限制作用．故正確選項為A.],自動限制電路的實例分析1.光控開關(guān)(1)電路如圖所示．(2)斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一特性能特別的非門電路，當加在它的輸入端A的電壓漸漸上升到某個值(1.6V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平(0.25V)，而當輸入端A的電壓下降到另一個值(0.8V)的時候，Y會從低電平跳到高電平(3.4V)．(3)光控開關(guān)的原理：白天，光照強度較大，光敏電阻RG阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED不導通；當天暗到肯定程度時，RG阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到1.6V，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導通發(fā)光(相當于路燈)，這樣就達到了使路燈天明自動熄滅，天暗自動開啟的目的．2．溫度報警器(1)電路如圖所示．(2)工作原理：常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當溫度上升時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升，當達到某一值(高電平)時，其輸出端Y由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲．R1的阻值不同，則報警溫度不同，可以通過調(diào)整R1來調(diào)整蜂鳴器的靈敏度．【例1】如圖所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED仿照路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.白天，光的強度較大，光敏電阻RG的電阻值較________，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較________，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED________；當天色暗到肯定程度時，RG的阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個值(1.6V)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED________發(fā)光(相當于路燈亮了)，這樣就達到了路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的．[解析]白天，光照強度較大，光敏電阻RG的電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較低，則輸出端Y輸出高電平(電平指某個端點與“地”之間的電壓)，發(fā)光二極管LED不導通；當天色暗到肯定程度時，RG阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個值(1.6V)時，輸出端Y會突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管LED導通發(fā)光(相當于路燈亮了)，這樣就達到了使路燈白天熄滅，天暗自動開啟的目的．[答案]小低不導通導通(1)圖中“”叫斯密特觸發(fā)器，是一種具有特別功能的“非”門．(2)與物理學中的電路圖不同，在涉及門電路的電路圖時，表示的是電路中的邏輯關(guān)系，通常不把電流的通路完整地畫出來．1.如圖所示為一個邏輯電平檢測電路，A與被測點相接，則()A．A為低電平，LED發(fā)光B．A為高電平，LED發(fā)光C．無論A為高電平或低電平，LED均不發(fā)光D．無論A為高電平或低電平，LED均發(fā)光B[A為低電平常，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電平常，Y為低電平，LED的電壓大，發(fā)光，故B正確．]自動限制電路的設(shè)計設(shè)計自動限制電路時，一般依據(jù)以下的思路進行：1．依據(jù)題目給出的儀器和要求畫出限制電路和工作電路：限制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導線等組成．這兩個電路相互獨立，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器事實上是工作電路的開關(guān)．2．分析自控電路的合理性：電路設(shè)計完成后，要對它的合理性進行分析，用光照耀光敏電阻或給熱敏電阻加熱，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求．比如，自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈點亮發(fā)光．【例2】光敏電阻在各種自動扮裝置中有許多應用，其中有可用于路燈自動限制的開關(guān)．如圖所示為試驗所用器材，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為電流放大器，D為路燈，請連成電路，達到日出路燈熄、日落路燈亮的效果，并說明此電路的工作原理．思路點撥：這類自動限制裝置的基本流程：外界因素→敏感元件→電流信號→放大電路→電磁繼電器→受控電路．[解析]電路如圖所示．工作原理：白天，光照強，光敏電阻A阻值小，限制電路中電流大，電磁鐵磁力強，將銜鐵吸合，兩觸點分別，路燈電路不通，燈不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏電阻A阻值大，限制電路中電流小，電磁鐵磁力弱，銜鐵向上移使兩觸點接觸，路燈電路接通，燈亮．[答案]見解析2．如圖所示為自動水位報警器的示意圖，在水位低于B時，電磁鐵所在的限制電路部分斷路，________燈亮；當水位上升到B時，電磁鐵所在的限制電路部分接通，________燈亮．[解析]限制電路斷開時，繼電器彈片在彈簧作用下彈起，接通綠燈所在回路，綠燈亮，限制電路接通時，繼電器彈片在通電螺線管磁性作用下被吸下，接通紅燈所在回路，紅燈亮．[答案]綠紅課堂小結(jié)知識脈絡1.晶體二極管具有單向?qū)щ娦?，當給二極管加正向電壓時，它的阻值很小，當給二極管加反向電壓時，它的阻值很大．2．當晶閘管接反向電壓時，肯定處于關(guān)斷狀態(tài)，當晶閘管接正向電壓時，僅在門極承受正向電壓時晶閘管才處于導通狀態(tài)．3．磁傳感器可以將磁感應強度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑥亩鴮崿F(xiàn)磁感應強度的測量.1.某學習小組的同學在用多用電表探討熱敏特性試驗中，安裝好如圖所示裝置，向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)覺多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()A．應選用電流擋，溫度上升時換用大量程測量B．應選用電流擋，溫度上升時換用小量程測量C．應選用歐姆擋，溫度上升時換用倍率大的擋D．應選用歐姆擋，溫度上升時換用倍率小的擋D[多用電表只有選擇歐姆擋才能干脆讀出熱敏電阻的阻值，當向杯內(nèi)加入熱水，多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明此時熱敏電阻的阻值較小，故換用倍率小的擋，D項正確．]2．某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動．在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點的電勢比N點的低D．M點的電勢比N點的高D[由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知PQ間距離d增大時電容C減小，A項錯誤．電容減小將放電，電荷量減小，故B項錯誤．放電時電流從M點經(jīng)R到N點，說明M點電勢高于N點電勢，所以C項錯誤，D項正確．]3．在制作光控電路試驗中，某同學按圖所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)覺將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，緣由不行能是()A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒C．R1阻值太小 D．燈泡被斷路C[由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負向電壓，無法導通，燈泡不亮，A項可能；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時，Y端為高電平，二極管不導通，燈泡不發(fā)光，B項可能；若R1阻值太小，Y端始終為低電平，燈泡始終發(fā)光，C項不行能；燈泡斷路時無法發(fā)光，D可能．]4．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導線若干．