高中物理选修3-2学案3:6.3 实验:传感器的应用
高中物理选修3-2人教版学案设计 6.3《实验:传感器的应用》
实验:传感器的应用诱学·导入·点拨材料:随着人们生活水平的提高,传感器在工农业生产中的应用越来越广泛,如走廊里的声、光控开关、温度报警器、孵化小鸡的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等,都用到了传感器。
传感器的工作离不开电子电路,传感器只是把非电学量转换为电学量,对电学量的放大、处理均是通过电子组件组成的电路来完成的。
问题:各电路是如何实现自动控制的?导入点拨:以上各种自动控制电路都用到了传感器,但传感器完成将非电学量转换为电学量后不能直接控制电路,应通过电路将得到的电学量进行处理后才能实现自动控制。
请尝试说出它们各自的原理。
知识·巧学·升华一、光控开关1.工作原理白天,光强度较大,光敏电阻R G电阻值较小,加在斯密特触发器A端的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,R G的阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A电压上升到某个值(1.6 V),输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了),这样就达到了使路灯天明熄灭,天暗自动开启的目的。
知识拓展斯密特触发器是具有特殊功能的非门,即输入低电平将输出高电平;反之,则输出低电平。
光敏电阻随着光强度的变化而改变,引起斯密特触发器A端电势的变化。
2.实验探究(1)探究过程:按图连接电路,改变R G的电阻,观察发光二极管LED的发光情况。
探究要想在天更暗时路灯才会点亮,应该把R1的阻值调大些还是调小些。
(2)分析论证:要想在天更暗时路灯才会点亮,应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6 V),就需要R G的阻值达到更大,即天色更暗。
联想发散R1和R G为分压电阻,其两端电压与其电阻成正比,所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系。
3.问题探究(1)问题提出:由于集成电路允许通过的电流比较小,如何使通过灯泡中的电流更大些?(2)分析论证:采用小电流通过继电器控制电流较大的另一灯泡工作电路图6-4-2。
【高中物理】人教版物理选修3-2同步学案6.3 实验:传感器的应用 Word版
(121)6.3 实验:传感器的应用【教学目标】1.通过分析教材内容,获得对自动控制电路设计的感性认识。
2.通过分析教材内容,了解各种晶体管、逻辑集成电路块、集成电路实验板。
3.通过分析教材内容,了解光控开关电路及控制原理,会组装光控开关。
4.通过分析教材内容,了解温度报警器及控制原理,会组装温度报警器。
【预习任务】一.阅读课本附录“一些元件的原理和使用要点”,完成以下问题:1.了解普通二极管和发光二极管有什么性质?怎样检测这两种二极管的好坏?2.认识逻辑集成电路74LS14(即斯密特触发器,见3-1第二章第10节),识别外部引脚功能。
(提示:教材以及相关书籍上的斯密特触发器的电路图中,省略掉了电源引脚和地脚。
实物连接导线时要注意补充完整。
)二、阅读课本“光控开关”部分,完成以下问题:1.弄清:课本图6.4—2甲光控电路的工作原理是什么?要想在天更暗时路灯才会点亮,应该把R1调大些还是调小些?2.实用中控制电路为何要用继电器来启闭供电电路(见图6.4—2乙),而不是用集成电路直接驱动用电器?三、阅读课本“温度报警器”部分,了解:温度报警器电路由哪些部分组成?其工作原理是什么?【自主检测】1.教材“问题与练习”第1题。
2.教材“问题与练习”第2题。
【组内检查】高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上,时间就是我们致胜的法宝,与其犹犹豫豫不知如何落笔,倒不如多学习答题技巧。
那么,高中物理考试答题技巧及注意事项有哪些呢?下面和小编一起来看看吧!高中物理考试答题技巧选择题的答题技巧解答选择题时,要注意以下几个问题:(1)注意题干要求,让你选择的是“不正确的”、“可能的”还是“一定的”。
(2)相信第一判断:只有当你发现第一次判断肯定错了,另一个百分之百是正确答案时,才能做出改动,而当你拿不定主意时千万不要改。
特别是对中等程度及偏下的同学尤为重要。
切记:每年高考选择题错误率高的不是难题,而是开头三个简单题。
不要再最简单的地方,轻敌栽坑!实验题的做题技巧(1)实验题一般采用填空题或作图题的形式出现。
高中物理选修3-2精品学案:6.3 实验:传感器的应用
第3节实验:传感器的应用一、实验基础二、实验过程1.光控开关(如图1)图1(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,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。
(4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。
(5)渐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。
(6)改变滑动变阻器的滑片位置,重复以上步骤。
要想在天更黑一些路灯才会点亮,需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些?通过做实验验证你的结论。
2.温度报警器(如图2)图2(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,调节电阻R1,使蜂鸣器常温下不发声。
(4)将热敏电阻放入热水中,注意蜂鸣器是否发声。
(5)将热敏电阻从热水中取出,注意峰鸣器是否发声。
(6)改变滑动变阻器的滑片位置,分析变阻器的阻值大小和报警的关系。
三、结果与分析1.减小照射R G的亮度→R G阻值增大→U R G增大→输入端A电势升高,输入高电平→Y输出低电平→LED导通发光2.升高R T周围的温度→R T的阻值减小→R1两端电压U增大→输入端A电势升高,输入高电平→Y输出低电平→蜂鸣器导通报警四、注意事项1.安装前,对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。
2.光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接,否则电磁继电器不能正常工作。
[精典示例][例1]如图3所示的光控电路,用发光二极管LED模仿路灯,R G为光敏电阻,R1的最大电阻为51 kΩ,R2为330 Ω。
白天,光的强度较大,光敏电阻R G的电阻值较____,加在斯密特触发器A端的电压较________,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED________(填“导通”或“不导通”);当天色暗到一定程度时,R G的阻值增大到一定值,斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(1.6 V),输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED______(填“导通”或“不导通”),这样就达到了使路灯白天熄灭,天暗自动开启的目的。
高中物理人教版选修3-2教案设计 6.3《实验:传感器的应用》
实验:传感器的应用教学目标1. 知识与技能(1)知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.(2)掌握逻辑电路的基本知识和基本应用.2. 过程与方法通过实验的方法,让学生在组装和调试中,更为深入地认识传感器的应用.3. 情感、态度与价值观培养学生的学习兴趣,倡导以创新为主、实践为重的素质教育理念.教学重点难点1.传感器的应用实例。
2.由门电路控制的传感器的工作原理。
教学方法与手段PPT课件;演示实验;讲授。
课前准备斯密特触发器或非门电路,二极管,三极管,蜂鸣器,滑线变阻器,热敏电阻,光敏电阻。
导入新课[事件1]教学任务:创设情景,导入新课。
问题展示:上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。
请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器。
思考并回答:电饭锅、测温仪、鼠标器、火灾报警器。
导入新课随着人们生活水平的提高,传感器在工农业生产中的应用越来越广泛,如走廊里的声、光控开关,温度报警器,孵小鸡用的恒温箱,路灯的自动控制,银行门口的自动门等,都用到了传感器。
传感器的工作离不开电子电路,传感器只是把非电学量转换成电学量,对电学量的放大、处理均是通过电子元件组成的电路来完成的。
这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。
讲授新课[事件2]教学任务:相关元件的作用功能及其工作原理。
师生活动:在我们学习这些知识之前,先要学习一些相关的元件的作用、功能及其工作原理。
1.发光二极管发光二极管发光二极管简称为LED,如下图所示。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入N区的空穴和由N 区注入P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
高中物理选修3-2学案4:6.2传感器的应用
6.2传感器的应用自主学习一、传感器的工作原理分析分析传感器的工作原理要从以下几个方面进行:(1)感受量分析:明确传感器所感受的物理量,如力、热、光、磁、声等.(2)输出信号分析:明确传感器的敏感元件,分析它的输入信号及输出信号,以及输入信号与输出信号间的变化规律.(3)电路结构分析:认真分析传感器所在的电路结构,在熟悉常用元件工作特点的基础上,分析电路输出信号与输入信号间的规律.二、常见传感器的应用实例1.与温度控制相关的家用电器:电饭煲、电冰箱、微波炉、空调、消毒碗柜等,都用到温度传感器.2.红外传感器:自动门、家电遥控器、生命探测器、非接触红外测温仪以及防盗、防火报警器等.3.照相机中的光传感器和家用便携式电子秤的压力传感器等.4.农业生产中的传感器(1)湿度传感器:判断农田的水分蒸发情况,自动供水或停水.(2)温度传感器和湿度传感器,可对上百个点进行温度和湿度监测.由于有了十分先进可靠的测试技术,有效地减少了霉变现象.5.工业生产中的传感器(1)生产的自动化和半自动化.用机器人、自动化小车、自动机床、各种自动生产线或者系统,代替人完成加工、装配、包装、运输、存储等工作.各种传感器使生产的自动运行保持在最佳状态,以确保产品质量,提高效率和产量,节约原材料等.(2)在数控机床中的位移测量装置,就是利用高精度位移传感器进行位移测量,从而实现对零部件的精密加工.自主检测1.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。
小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图乙所示,下列判断正确的是()A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动B.从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动2.小强在用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。
人教版高二物理选修3-2:6.3《实验:传感器的应用》导学案设计
第6.3节《实验:传感器的应用》导学案班级:姓名:【学习目标】1.识别晶体管、逻辑电路集成块、集成电路实验板,知道元件的性能和引脚的关系。
(重点)2.理解电磁继电器的工作原理,了解光控开关、温度报警器的工作原理。
(难点)3.利用斯密特触发器光控开关和温度报警器,培养组装和调试电子电路的能力。
(难点)【学法指导】实验法、理论联系实际的思想【知识链接】光敏电阻的特性,光照增强,电阻;热敏电阻的热性,温度升高,电阻。
【学习过程】做实验前完成部分知识点一、发光二极管、三极管、继电器、集成电路块、集成电路实验板的特性及使用[问题1]阅读教材P 622-4段及P64-65“晶体管”完成以下内容:(1)普通二极管具有性,发光二极管除具有单向导电性外性,导电时还能,发光二极管的正向导通电压,实物元件中较长的电极为正.极,较短的电极为负.极。
请标出电路图中发光二极管的正、负极。
(2)三极管具有放大、开关的作用,右图为三极管的电路符号及元件实物图。
三极管引脚的简单判断方法是:把显示文字平面朝向自己,三个引脚朝下放置,从左向右依次为发射极e、基极b、集电极c。
(3)电磁继电器的基本结构如图甲所示,主要由磁铁(线圈绕在铁芯上)、弹簧、衔铁和触点构成。
电路符号如图乙所示,图中J为继电器的线圈,Ja为它的常开触点。
甲乙丙丙图中,当A、B间接上直流电源后,灯泡能否工作?简要说明其控制原理。
(4)集成电路块是由若干个三极管和电阻组成的,制作在很小的硅片上,封装后留出引脚,外形如图(1),型号为74LS14的集成块(斯密特触发器)内部有个门,引脚如图(2),使用时只使用其中的一个。
其功能是:当输入端A的电压升高到一定值时(1.6V),输出端Y会突然从高电平(即某个点与接“地“端之间的电压)(0.25V),即输入高电平,输出;而当输入端A的电压降低到另一值时(0.8V),输出端Y会从低电平,即输入低电平,输出。
阅读教材P63虚线框内内容可以知道,集成块74LS14的电源正极引脚V CC应接,公共接地点的引脚GND应接。
高中物理 人教版选修3-2 6.3 实验:传感器的应用 教学设计、教案
第三节实验:传感器的应用实验目的1.识别逻辑集成电路块、集成电路实验板,通过练习电子电路的组装,获得对自动控制电路设计的感性认识.2.了解光控开关电路及控制原理,会组装光控开关.3.了解温度报警器及控制原理,会组装温度报警器.素养思维脉络知识点1光控开关1.电路图如图所示2.工作原理白天,光强度较大,光敏电阻R G电阻值__较小__,加在斯密特触发器A端的电压较低,则输出端Y输出__高__电平,发光二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,R G的阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V),输出端Y突然从__高__电平跳到__低__电平,则发光二极管LED__导通发光__(相当于路灯亮了),这样就达到了使路灯天明熄灭,天暗自动开启的目的。
3.要想在天更暗时路灯才会亮,应如何调节R1要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调__大__些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(1.6 V),就需要R G的阻值更__大__,即天色更暗。
知识点2温度报警器1.电路如图所示。
2.工作原理常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平,则输出端Y处于__高__电平,无电流通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声;当温度升高时,热敏电阻R T阻值__减小__,斯密特触发器输入端A电势升高,当达到某一值(高电平),其输出端由__高__电平跳到__低__电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声,R1的阻值不同,则报警温度不同。
3.要想在更高的温度时才报警,应如何调节R1要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应__减小__R1的阻值,R1阻值越__小__,要使斯密特触发器输入端达到高电平,则热敏电阻阻值要求越小,即温度越高。
思考辨析『判一判』(1)斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号(×)(2)发光二极管具有单向导电性(√)(3)斯密特触发器是具有特殊功能的非门(√)『选一选』如图所示是一个基本逻辑电路。
高中物理选修3-2教学设计2:6.3实验:传感器的应用教案
3实验:传感器的应用[教学目标]1.知识与技能:(1)知道斯密特触发器或非门电路特性。
(2)掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。
2.过程与方法:通过实验的方法,让学生在组装和调试中,更为深入地认识传感器的应用。
3.情感、态度与价值观培养学生的学习兴趣,倡导以创新为主,实践为重的素质教育理念。
[教学重点]:传感器的应用实例。
[教学难点]:由门电路控制的传感器的工作原理。
[教学方法]:PPT课件,演示实验,讲授[教学用具]:斯密特触发器或非门电路,蜂鸣器,滑线变阻器,热敏电阻,光敏电阻。
[教学过程]一、引入新课上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。
请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器?学生思考后回答:电饭锅,测温仪,鼠标器,火灾报警器这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。
二、进行新课在我们学习这些知识之前,先要学习一些相关的元件的作用功能,及其工作原理。
(一)逻辑电路逻辑电路是以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。
分组合逻辑电路和时序逻辑电路。
前者的逻辑功能与时间无关,即不具记忆和存储功能,后者的操作按时间程序进行。
由于只分高、低电平,抗干扰力强,精度和保密性佳。
广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。
这里我们主要说逻辑门电路。
逻辑门电路符号图包括与门,或门,非门,1.与逻辑对于与门电路,只要一个输入端输入为0,则输出端一定是0,只有当所有输入端输入都同为1时,输出才是1.2.或逻辑对于或门电路,只要一个输入端输入为1,则输出一定是1,反之,只有当所有输入端都为0时,输出端才是0.3.非门电路对于非门电路,当输入为0时,输出总是1,当输入为1时,输出反而是0,非门电路也称反相器。
4.斯密特电路:斯密特触发器是特殊的非门电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时,输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V,而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V,Y会从低电平跳到高电平3.4V。
人教版物理选修3-2 第6章第三节实验:传感器的应用
光电管的作用是继电器控制电路
的通断开关, 有光照射时, 继电器通电, 的通断开关 , 有光照射时 , 继电器通电 , 无光照 射时, 继电器断电. 射时 , 继电器断电 . 人对照射到光电管上的光的 遮挡作为电路的输入指令. 遮挡作为电路的输入指令. 精讲精析】 【精讲精析】 阴极K发射电子,电路中产生电流, 阴极 发射电子,电路中产生电流 发射电子
课堂互动讲练
自动控制电路的设计 现有热敏电阻、 电炉丝、 电源、 现有热敏电阻 、 电炉丝 、 电源 、 电磁继电 滑动变阻器、开关和导线若干.如图6- - 器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图 -3-4 所示, 试设计一个温控电路, 所示 , 试设计一个温控电路 , 要求温度低于某一 值时, 电炉丝自动通电供热, 高于另一值时, 值时 , 电炉丝自动通电供热 , 高于另一值时 , 又 可以自动断电,画出电路图并说明工作过程. 可以自动断电,画出电路图并说明工作过程.
第 三 节 实 验: 传 感 器 的 应 用
课前自主学案
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知能优化训练
课前自主学案
一、实验目的 了解与传感器技术相关的物理知识, 了解与传感器技术相关的物理知识, 练习用传感器 制作自动控制装置. 制作自动控制装置. 二、实验器材 1. 光控开关实验 : 斯密特触发器 、 发光二极管 、 . 光控开关实验: 斯密特触发器、 发光二极管、 二极管、继电器、灯泡(6 二极管、继电器、灯泡 V,0.3 A)、可变电阻 1(最 、可变电阻R 最 、光敏电阻、 大阻值51 kΩ)、电阻R2(330 Ω)、光敏电阻、集成电 大阻值 、电阻 路实验板、直流电源(5 、导线若干、黑纸. 路实验板、直流电源 V)、导线若干、黑纸.
说明:要使热敏电阻在感测到更低的温度时报警, 说明:要使热敏电阻在感测到更低的温度时报警, 应增大R1的阻值,R1阻值越大,要使斯密特触发器 应增大 的阻值, 阻值越大, 输入端达到高电平,则热敏电阻阻值要求越大, 输入端达到高电平,则热敏电阻阻值要求越大,即 温度越低. 温度越低.
高中物理选修3-2优质学案:6.2-6.3 传感器的应用 实验:传感器的应用
2 传感器的应用3实验:传感器的应用[学科素养与目标要求]物理观念:了解传感器在日常生活和生产中的应用.科学探究:1.通过实验或演示实验,认识传感器在技术或生产中的应用.2.能设计简单的传感器应用电路.科学态度与责任:通过对传感器原理及应用的了解,体会所学知识在实际应用中的价值,增强学习兴趣并培养正确的科学态度.一、力传感器的作用及原理1.应变式力传感器可以用来测重力、压力、拉力等各种力.2.应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量.二、温度传感器的工作原理1.双金属片温度传感器的工作原理:温度变化时,因双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同,双金属片发生弯曲从而控制电路的通断.2.(1)电饭锅中温度传感器为感温铁氧体.感温铁氧体常温下具有铁磁性,温度上升到约103 ℃时,失去铁磁性,这一温度称为该材料的“居里温度”或“居里点”.(2)用手按下开关按钮通电加热,开始煮饭,当锅内温度达到103℃时,感温铁氧体失去铁磁性,与永磁体失去吸引力,被弹簧弹开,从而推动杠杆使触点开关断开.三、光传感器的原理及应用1.光传感器能把光信号转换为电信号.2.最常见的光传感器有光敏电阻、光电管、光电二极管、光电三极管等.3.典型的应用,如鼠标、火灾报警器、光敏自动计数器等.四、光控开关和温度报警器1.斯密特触发器是具有特殊功能的非门,符号为.2.当加在斯密特触发器的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V),而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8V)时,Y会从低电平跳到高电平(3.4V).这样它将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号.1.判断下列说法的正误.(1)电子秤中的应变片的电阻随形变大小而变化.(√)(2)电熨斗和电饭锅都是利用双金属片控制电路通断的.(×)(3)火灾报警器中的光电三极管的电阻随光照的增强而变小.(√)(4)利用红外线敏感元件可以实现无接触测温.(√)2.电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比.现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器,如图1所示.压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压.若发现电压表示数增大,则电梯加速度一定________(填“向上”或“向下”),电梯可能________(填“加速”或“减速”)下降.图1[答案]向上减速一、力传感器的应用——电子秤如图所示是一个应变式力传感器,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片.结合力传感器的特点,叙述它的工作原理.[答案]在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小.力F越大,弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小.传感器把这两个电压的差值输出.力F越大,输出的电压差值也就越大.例1(多选)为了锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,如图2所示是原理图.轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3V,理想电流表的量程为0~0.6A.当拉环不受力时,滑片P处于a端.下列关于这个电路的说法正确的是()图2A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1AC.当拉力为400N时,电流表指针指在0.3A处D.当拉力为400N时,电流表指针指在0.5A处[答案]ABC[解析]若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,电路短路会损坏电源,R0的存在使电路不出现短路,因此A正确;当拉环不受力时,滑片P在a端,由闭合电路欧姆定律得,I=UR0+R1=0.1A,故B正确;拉力为400N时,由F=kΔx,则Δx=4cm,对应的电阻为R aP=20Ω,R1接入电路的电阻R Pb=5Ω,由闭合电路欧姆定律得,I′=UR0+R Pb=0.3A,故D错误,C 正确.二、温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅(1)如图所示为电熨斗的结构,其中双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属.常温下,电熨斗的上、下触点应当是接触的还是分离的?当温度过高时双金属片将怎样起作用?(2)电饭锅的结构如图所示.①开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开后这个按钮是否会恢复到图示的状态?为什么?②煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?为什么?如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?③饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动发生哪些动作?[答案](1)常温时,电熨斗的上、下触点接触,这样电熨斗接通电源后能进行加热.当温度过高时双金属片膨胀,因上层的金属片热膨胀系数较大,故上层金属片膨胀得厉害,双金属片向下弯曲,弯曲到一定程度后,两触点分离,电路断开,电热丝停止加热;当温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热.(2)①煮饭时压下开关按钮,感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起,触点相接,电路接通,开始加热,手松开后,由于锅内的温度低,感温磁体与永磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态.②煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点不变.因为水沸腾时,温度不变.不能自动断电,因为如果用电饭锅烧水,水沸腾后,锅内的温度保持在100℃不变,低于“居里温度”(103℃),电饭锅不能自动断电,只有水烧干后,温度升高到103℃才能自动断电,因此用电饭锅烧水不能实现自动控温.③饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到“居里温度”(约103℃)时,感温磁体失去磁性,在弹簧作用下永磁体与之分离,开关自动断开,且不能自动复位.例2如图3所示是自动调温式电熨斗,下列说法不正确的是()图3A.常温时上、下触点是接触的B.双金属片温度升高时,上层的金属片形变较大,双金属片将向下弯曲C.原来温度控制在80℃断开电源,现要求60℃断开电源,应使调温旋钮下移一些D.由熨烫丝绸衣物状态(温度较低)转化为熨烫棉麻衣物状态(温度较高),应使调温旋钮下移一些[答案] C[解析]常温工作时,上、下触点是接通的;当温度升高时,上层金属片形变大,向下弯曲,切断电源;切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些,A、B、D正确,C错误.例3(多选)电饭锅的结构如图4所示,如果感温磁体的“居里温度”为103℃时,下列说法中正确的是()图4A.常温下感温磁体具有较强的磁性B.当温度超过103℃时,感温磁体的磁性较强C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会达到103℃,这时开关按钮会跳起D.常压下只要锅内有水,锅内的温度就不可能达到103℃,开关按钮就不会自动跳起[答案]ACD三、光传感器的应用——火灾报警器如图所示是火灾报警器的内部结构,它由发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成,请简述它的工作原理.[答案]正常情况下,光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,当烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报.例4如图5所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图,罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是()图5A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报D.以上说法均不正确[答案] C[解析]由火灾报警器的原理可知,发生火灾时烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,C正确.1.(光传感器的应用)(多选)(2017·济宁市高二检测)如图6所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图.其中A为光源,B为由电动机带动的匀速运行的自动扶梯,R1为光敏电阻,R2为定值电阻.每当扶梯上有顾客经过,挡住由A射向R1的光线时,计数器就计数一次.此光计数器的基本工作原理是()图6A.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压B.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次[答案]BC[解析]当光照射R1时,R1阻值减小,R总减小,电源电压不变,故电路中的电流增大,R2是定值电阻,U2=IR2,R2两端电压增大,信号处理系统获得高电压,A错误,B正确;当有人时信号处理系统计数,即没有光照时获得低电压,C正确,D错误.2.(力传感器的应用)(2018·烟台市高二下学期期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置,其工作原理图如图7甲所示,将压敏电阻固定在升降机底板上,其上放置一个物块,在升降机运动的过程中,电流表示数如图乙所示,已知升降机静止时电流表的示数为I1.下列判断正确的是()图7A.0到t1时间内,升降机一定静止B.t1到t2时间内,升降机可能做匀加速直线运动C.t1到t2时间内,升降机运动时的加速度在变化D.t2到t3时间内,升降机可能向下匀加速运动[答案] C3.(力传感器的应用)(2018·聊城市高二下学期期末)用压敏电阻可制成压力传感器,它受到的压力越大,输出的电压就越大,用它可以对汽车称重.经实测,某压力传感器输出电压与压力的关系如下表:8甲所示的电路,闭合开关S,当线圈中的电流I≥20mA时,电磁继电器的衔铁被吸合.已知继电器线圈的电阻为25Ω,继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供.(假设U不受继电器电路影响)图8(1)根据表格中数据,请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图象;(2)当压力增大到一定程度时,电铃报警,说明汽车超载,则图甲中电铃应接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端;(3)为使车重G≥3.0×105N时启动报警系统,则电阻箱R′的电阻应调节到_______Ω;(4)通过调整电阻箱R′的阻值,可以调整报警车重,能使该装置报警的最小车重为____N. [答案](1)见[解析]图(2)C、D(3)100(4)6.0×104[解析](1)横坐标表示压力,纵坐标表示输出电压,根据表中数据,所作图象如图所示(2)当压力增大到一定程度时,压力传感器输出电压达到一定数值,线圈中电流大于或等于20 mA 时,电磁继电器的衔铁被吸合,C、D间的电路就会被接通,因此电铃应接在C、D之间;(3)由图可知当F N=3.0×105 N时U=2.5 V,而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A,-R线=125 Ω-25 Ω故电路总电阻R总=2.50.02Ω=125 Ω,所以电阻箱接入电路的阻值R′=R总=100Ω;(4)因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I=20mA=0.02A,继电器线圈的电阻R线=25Ω,所以要使该装置报警,压力传感器输出的电压最小值为U最小=IR线=0.02A×25Ω=0.5V,由图象可知,输出电压为0.5V时,对应的压力为6.0×104N.4.(温度传感器的应用)(2018·梅河口市第五中学高二月考)电饭煲的工作原理如图9所示,可分为两部分,即控制部分:由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成;工作(加热)部分:由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成.S1是一个磁钢限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103℃)时,自动断开,且不能自动复位,S2是一个金属片自动开关,当温度达到70℃~80℃时,自动断开,低于70℃时,自动闭合,红灯、黄灯是指示灯,通过其电流必须较小,所以R1、R2起________作用,R3是发热电阻.接通电源并按下S1后,黄灯熄而红灯亮,R3发热,当温度达到70℃~80℃时,S2断开,当温度达到103℃时饭熟,S1断开,当温度降到70℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态,由以上描述可知R2________R3(填“<”“=”或“>”),若用电饭煲烧水时,S1________(填“会”或“不会”)自动断开.图9[答案]限流>不会[解析]通过红灯、黄灯的电流必须较小,根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用;R3是发热电阻,要产生很大的热量,所以电流要大一点,而通过R2的电流要小一点,而并联电路电压相等,根据欧姆定律可知R2>R3.若用电饭煲烧水时,温度达不到居里点(103 ℃),S1不会自动断开.5.(温度传感器的应用)传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,某热敏电阻R T阻值随温度变化的图线如图10甲所示,图乙是由该热敏电阻R T作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问:图10(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在__________(填“a”或“b”)处.(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向________移动(填“左”或“右”).(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能正常工作的原因可能是_________________________________________________________________. [答案](1)a(2)左(3)电源提供电压太小以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大[解析](1)由题图甲可知,热敏电阻R T在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处.(2)为使启动报警的温度提高,则应使电路中电阻更大,滑动变阻器的滑片应左移.6.(光传感器的应用)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻R G在不同照度下的阻值如表所示:(1)根据表中的数据,请在图11给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点;图11(2)如图12所示,当1、2两端所加电压上升至2V时,控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻R G(符号,阻值见表);直流电源E(电动势3V,内阻不计);定值电阻:R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干.图12[答案](1)如图甲所示光敏电阻的阻值随光的照度的增大而非线性减小(2)如图乙所示高中物理选修3-221[解析] (2)原理:利用串联电路的分压规律设计电路.当照度降低至1.0lx 时,光敏电阻为R G=20kΩ,由题中信息可知U 12=2V ,E =3V ,U 12R G =E -U 12R, 所以R =10kΩ,定值电阻应选R 1.。
高二物理人教版选修3-2实验:传感器的应用
实验:传感器的应用重/难点重点:了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电路的工作原理。
温度报警器的电路工作原理。
难点:光控电路和温度报警器电路的工作原理。
重/难点分析重点分析:斯密特触发器是特殊的非门电路,当加在它的输入端A 的电压逐渐上升到某个值1.6V 时,输出端Y 会突然从高电平调到低电平0.25V ,而当输入端A 的电压下降到另一个值的时候0.8V ,Y 会从低电平跳到高电平3.4V 。
斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。
难点分析:光控开关实验中要想在天暗时路灯才会亮,应该把1R 的阻值调大一些,这样要使斯密特触发器的输入端A 电压达到某个值1.6V ,就需要G R 的阻值达到更大,即天色更暗。
温度报警器实验要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应该减小1R 的阻值,1R 阻值越小,要使斯密特触发器输入达到高电平,则热敏电阻阻值要求越小,即温度越高。
突破策略一、普通二极管和发光二极管(1)二极管具有单向导电性(2)发光二极管除了具有单向导电性外,导电时还能发光,普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成,直接将电能转化为光能,该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V 。
二、晶体三极管晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结,两个PN 结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有 PNP 和NPN 两种,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b,发射极e 和集电极c 。
发射区和基区之间的PN 结叫发射结,集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。
基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP 型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN 型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。
高中物理选修3-2学案3:6.2传感器的应用
6.2传感器的应用基础知识一、传感器应用的一般模式传感器→放大转换电路→⎩⎪⎨⎪⎧执行机构显示器指针式电表、数字屏计算机系统二、力传感器的应用——电子秤1.组成:电子秤使用的测力装置是力传感器.常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的.应变片是一种敏感元件,现在多用半导体材料制成.2.原理:如图所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩,上表面应变片的电阻变大,下表面应变片的电阻变小.力F越大,弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那么上表面应变片两端的电压变大,下表面应变片两端的电压变小.传感器把这两个电压的差值输出.力F越大,输出的电压差值也就越大.3.作用:应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量.三、温度传感器的应用1.电熨斗(1)构造(如图所示)它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成.(2)敏感元件:双金属片.(3)工作原理:温度变化时,由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同,双金属片发生弯曲从而控制电路的通断.2.电饭锅(1)构造(如图所示)(2)敏感元件:感温铁氧体(3)工作原理①居里温度:感温铁氧体常温下具有铁磁性,温度上升到约103 ℃时,失去铁磁性,这一温度称为该材料的“居里温度”.②自动断电原理:用手按下开关通电加热,开始煮饭,当锅内加热温度达到103_℃时,铁氧体失去磁性,与永久磁铁失去吸引力,被弹簧片弹开,从而推动杠杆使触点开关断开.四、光传感器的应用——火灾报警器1.构造:带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.2.工作原理:平时,光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报.基础练习1.光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。
高二物理(人教版)选修3-2导学案设计:6.3 实验:传感器的应用学案设计
6.3实验:传感器的应用学习目标1.让学生练习电子电路的组装,获得对自动控制电路设计的感性认识。
2.识别各种晶体管、逻辑集成电路块、集成电路控制板,知道各种元器件的性能和引脚关系。
3.了解光控开关电路与温度报警电路的控制原理。
重点与难点自动控制电路的分析及设计技巧诵读预热备注复习光敏电阻R G,热敏电阻R T,逻辑门电路的相关知识展示导入传感器在实际应用中,很多情况下是用来完成一定的控制任务的,本节我们将与大家一起尝试使用常见的少量电子元器件,组装实用的光控开关与温度报警电路。
探究准备1.斯密特触发器的特点:当输入端电压逐渐上升到某一个值(1.6 V)时,输出端会突然从________跳到____________,当输入端电压下降到另一个值(0.8 V)时,输出端会从________跳到__________.2.下列说法中正确的是()A.电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B.测温仪中测温元件可以是热敏电阻C.机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线,输出不连续的电脉冲D.火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态,有烟雾时呈现高电阻状态3.某市为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制.这是利用半导体的()A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用了合作探究1.有关光控开关的控制原理:例1.如图1所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯,R G为光敏电阻.A为斯密特触发器输入端,在天黑时路灯(发光二极管)会点亮.下列说法正确的是()图1A.天黑时,Y处于高电平B.天黑时,Y处于低电平C.当R1调大时,天更暗时,灯(发光二极管)点亮D.当R1调大时,天较亮时,灯(发光二极管)就能点亮2.有关温度报警器的控制原理:例 2.如图2是温度报警器电路示意图,下列关于此电路的分析正确的是()图2A.当R T的温度升高时,R T减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声B.当R T的温度升高时,R T减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声当堂检测1.自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器,当温度过高时,小灯泡亮或响铃报警.所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关.2.已知光敏电阻随入射光的增强,其电阻值减小,请利用图所示器材设计一个路灯自动控制电路.感悟反思评价(探究准备):1.高电平低电平(0.25 V)低电平高电平(3.4 V)2.B[电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体,A错误;机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲,输出相应的电脉冲信号,C错误;火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态,有烟雾时呈现低电阻状态,D错误.]3.B[题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性,故B正确.](合作探究):例1. B C[天黑时,R G阻值增大到一定值,斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值,输出端Y突然由高电平跳到低电平;R1调大时,A端电压降低,只有天更暗时,R G电阻更大时,路灯才点亮,故B、C正确] 例2.B C[当R T温度升高时,电阻减小,A点电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,蜂鸣器导通发出警报,A错,B对.当增大R1时,A端电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,电流通过蜂鸣器,发生报警声,C对,D错.]点评斯密特触发器是具有特殊功能的非门,用符号表示.当输入端电压上升到某一个值(1.6 V)时,输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),当输入端电压下降到另一个值(0.8 V)时,输出端会从低电平跳到高电平(3.4 V)(当堂检测):1.实验电路如下图所示当温度升高时,热敏电阻的阻值减小,通过电磁继电器螺线管的电流增大,磁性增强,吸下金属片,触点接通,灯泡亮或电铃响,起到报警作用.通过调节滑动变阻器的阻值,可以达到调节报警温度的目的.2.见解析解析电路如图所示控制过程是:当有光照射时,光电流经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸合,使两个触点断开,当无光照时,光电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,控制路灯电路接通,路灯开始工作.方法总结在分析和设计自动控制电路时,要透彻理解各个元件的特性,如光敏电阻、热敏电阻、电磁继电器、斯密特触发器等;在涉及门电路的电路图时,电流的通路并不能完整地呈现出来,所以不能用原来的电路知识来理解,而是要正确理清电路中的逻辑关系.。
高中物理选修3-2优质学案:6.2传感器的应用
第2节传感器的应用一、传感器应用的一般模式阅读教材第56页,了解传感器应用的一般模式。
二、力传感器的应用——电子秤阅读教材第57页,了解电子秤的构造及工作原理。
1.组成及敏感元件:由金属梁和应变片组成,敏感元件是应变片。
2.工作原理3.作用:应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量。
思考判断(1)应变片是由导体材料制成的。
(×)(2)当应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之变小。
(√)(3)传感器输出的是金属架上的电压。
(×)(4)外力越大,输出的电压差值也越大。
(√)三、温度传感器的应用实例阅读教材第57~58页,了解温度传感器——电熨斗和电饭锅的构造和工作原理。
1.电熨斗(1)构造(如图1所示)图1(2)敏感元件:双金属片。
(3)工作原理:温度变化时,由于双金属片上层金属与下层金属的膨胀系数不同,双金属片发生弯曲从而控制电路的通断。
2.电饭锅(1)构造(如图2所示)图2(2)敏感元件:感温铁氧体(3)工作原理①居里温度:感温铁氧体常温下具有铁磁性,温度上升到约103__℃时,失去铁磁性,这一温度称为该材料的“居里温度”。
②自动断电原理:用手按下开关通电加热,开始煮饭,当锅内加热温度达到103℃时,铁氧体失去磁性,与永久磁铁失去吸引力,被弹簧片弹开,从而推动杠杆使触点开关断开。
思维拓展(1)用电熨斗熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度。
它是如何利用调温旋钮来实现的?(2)如果用电饭锅烧水会不会自动断电?[答案](1)通过调温旋钮来调升降螺丝的高度来实现不同温度的设定。
如需设定的温度较高,则应使升降螺丝下降;反之升高。
(2)如果用电饭锅烧水,在水沸腾后因为水温保持在100 ℃,故不能自动断电,只有水烧干后,温度升到103 ℃才能自动断电。
四、光传感器的应用——火灾报警器阅读教材第59页,了解火灾报警器的构造和工作原理。
1.组成及敏感元件:由带孔的罩子、发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板组成,敏感元件为光电三极管。
2024-2025学年高中物理第六章传感器3实验:传感器的应用(2)教案新人教版选修3-2
本节课的核心素养目标主要围绕物理学科的核心素养进行设计,包括物理观念、科学思维、实验探究和科学态度四个方面。
1.物理观念:通过实验,让学生进一步理解传感器的工作原理和特性,形成对传感器的基本认识,建立正确的物理观念。
2.科学思维:通过观察、记录和分析实验现象,培养学生运用科学思维方法,对实验结果进行解释和推理,提高学生的逻辑思维能力。
在知识层面,学生已经掌握了与传感器相关的物理知识,如电路知识、信号处理等,为本节课的深入学习奠定了基础。在能力层面,大部分学生具备较强的动手操作能力,能够独立完成实验操作。同时,他们的思维能力、观察能力和分析能力也得到了一定程度的锻炼。
然而,在学习过程中,我发现部分学生在理论知识方面较为扎实,但在实验操作和数据分析方面存在不足;还有一部分学生对理论知识掌握不牢固,对复杂实验操作过程容易产生畏难情绪。此外,部分学生在解决问题时缺乏创新意识,习惯于依赖课本和教师的指导,缺乏独立思考的能力。
在教学过程中,我还应关注学生的情感态度,激发他们的学习兴趣,帮助他们树立自信心。针对部分学生在面对困难时容易灰心丧气的问题,我要及时给予鼓励和支持,让他们感受到成功的喜悦,从而增强他们克服困难的勇气。
此外,我要充分利用课堂讨论和小组合作的机会,培养学生的团队合作精神和沟通能力。通过设置合理的课堂提问和讨论话题,引导学生积极思考、发表自己的观点,提高他们的表达能力。同时,在实验过程中,鼓励学生之间的交流与合作,让他们在实践中学会倾听、理解和尊重他人。
教学资源
1.软硬件资源:
-实验室用传感器设备
-数据采集器
-电脑及投影仪
-实验桌椅
-多媒体教学系统
2.课程平台:
-学校物理实验室
-校园网络教学平台
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6.3 实验:传感器的应用
学习目标
1.知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.
2.知道晶体三极管的放大特性.
3.掌握逻辑电路的基本知识和基本应用.
学习重点
1.了解斯密特触发器的工作特点,能够分析光控电路的工作原理。
2.温度报警器的电路工作原理。
自主预习
实验原理及知识准备阅读下列学习资料并总结出其特点和作用:
1.普通二极管和发光二极管
固态电子器件中的半导体两端器件。
起源于19世纪末发现的点接触二极管效应,发展于20世纪30年代,主要特征是具有单向导电性,即整流特性。
利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构,可制成不同类型的二极管,用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。
例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护;雪崩二极管作为固体微波功率源,用于小型固体发射机中的发射源;半导体光电二极管能实现光-电能量的转换,可用来探测光辐射信号;用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等;肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。
按用途分:检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。
按结构分:点接触型二极管、面接触型二极管
发光二极管简称为LED。
由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二极管,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,因而可以用来制成发光二极管,在电路及仪器中作为指示灯,或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,就能产生自发辐射的荧光。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
(1)二极管具有______导电性。
(2)发光二极管除了具有单向导电性外,导电时还能____。
普通的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成,能直接将电能转化为___能。
该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v.
(3)二极管有二根引脚,较长的是极。
发光二极管只有加上一定的向电压,才能导通发光,工作电流只有几毫安,最大不得超过10mA。
过大的电流会损坏二极管,在使用时必须合适的限流电阻。
2.逻辑电路
逻辑电路是以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。
由于只分高、低电平,抗干扰力强,精度和保密性佳。
广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。
这里我们主要说逻辑门电路。
逻辑门电路包括与门、或门、非门
(1)与逻辑
对于与门电路,只要一个输入端输入为0,则输出端一定是,只有当所有输入端输入都同为时,输出才是1. 符号图.
(2)或逻辑
对于或门电路,只要一个输入端输入为1,则输出一定是,反之,只有当所有输入端都为时,输出端才是0. 符号图.
(3)非门电路
对于非门电路,当输入为0时,输出总是,当输入为1时,输出反而是,非门电路也称反相器。
符号图
3.斯密特电路
斯密特触发器是特殊的电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值V 时,输出端Y会突然从高电平调到低电平V,而当输入端A的电压下降到另一个值的时候V,Y会从低电平跳到高电平V。
斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为的信号,以实现开关功能。
而这正是进行光控所需要的。
自主探究
实验1 光控开关
问题1.电路组成:触发器,电阻R G,发光二极管LED模仿路灯,滑线变阻器R1,定值电阻R2,电路如图所示。
问题2.电路图分析
(1)图中的接地符号表示电路的,并非与大地连接。
5V电源的负极是与连接的。
(2)在电子技术中,习惯上常用“电平”来描述逻辑电路的输入端和输出端的状态,其实,电平指的就是某个端点与“地”之间的。
或者说,如果以接地端的电势为0,那么电平表示的就是某个端点的。
问题3.试分析其工作原理。
问题4.要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些还是调小些?为什么?
实验2 温度报警器
问题5.温度报警器的工作电路如图所示,的变化是如何引起A端电压变化的?
问题6.试分析其工作原理。
问题7.怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警?
自主检测
1.由非门电路构成的一简单控制电路如图所示,其中R′为光敏电阻(光照时电阻变小),R为变阻器,L为小灯泡。
当若R′受到光照时()
A.B点变为高电平,小灯发光
B.A点变为高电平,小灯发光
C.A点变为高电平,小灯不发光
D.减小R的阻值可提高控制灵敏度
2.如图所示是一种延时开关,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通,当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放,则()
A.由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用
B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用
C.如果断开B线圈的电键S2,无延时作用
D.如果断开B线圈的电键S2,延时将变长
3.下图是温度报警器电路示意图,下列对此电路的分析正确的是()
A.当R T的温度升高时,R T减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
B.当R T的温度升高时,R T减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
4.气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出,如图所示,B为将可燃气体或有毒气体浓度(CO,CH4瓦斯煤气)转换为电信号的传感器,简称电子鼻,根据如下材料,U=220 V的电源、M为排风扇、G为继电器、A为控制电源、S为控制开关。
请设计一个家用自动排烟电路,在图中完成连线图。
——★ 参考答案★——
自主预习
1. (1)单向(2)发光光(3)正正串联
2. (1)0 1 (2)1 0 (3)1 0
3.非门 1.6 0.25 0.8 3.4 突变数字
自主探究
问题1. 斯密特光敏
问题2.(1)公共端接地端(2)电压电势
问题3. 白天,光强度较大,光敏电阻R G阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,R G阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V,输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了).天明后,R G阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到0.8 V 时,输出端Y突然由低电平跳到高电平,发光二极管LED熄灭.这样就达到了使路灯天明自动熄灭,天暗自动开启的目的.
问题4.要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大一些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值1.6V,就需要R G的阻值达到更大,即天色更暗。
问题5. R T 当温度升高时,热敏电阻R T阻值减小,斯密特触发器输入端A电势升高
问题6.常温下,调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平,则输出端Y处于高电平,无电流通过蜂鸣器,蜂鸣器不发声,当温度升高时,热敏电阻R T阻值减小,斯密特触发器输入端A电势升高,当达到某一值(高电平),其输出端由高电平调到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声,R1的阻值不同,则报警器温度不同。
问题7.要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应该减小R1的阻值,R1阻值越小,要使斯密特触发器输入达到高电平,则热敏电阻阻值要求越小,即温度越高。
自主检测
1.AC
2.BC
3.BC
[解析]R T的温度升高,阻值变小,A端为高电平,Y端为低电平,蜂鸣器报警,A错误,B正确;当增大R1时,A端为高电平,Y端为低电平,蜂鸣器报警,C正确,D错误。
4.[答案]如图所示
[解析]电磁继电器起开关作用,所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路,另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。