高中物理 3.4用傳感器制作自控裝置、3.5用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度課件 粵教版選修32.ppt

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 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 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 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 5m 燈泡l 萬(wàn)用表 導(dǎo)線 3 實(shí)驗(yàn)原理 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(mén)電極處于低電平 vs關(guān)斷 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(mén)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(jià)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 二極管 具有單向?qū)щ娦?當(dāng)給二極管加正向電壓時(shí) 它的阻值很小 當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí) 它的電阻很大 晶閘管vs 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí) 不論門(mén)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(mén)極承受正向電壓情況下晶閘管才導(dǎo)通 4 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 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 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51k r2為330 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 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(shù)為紅外線接收頭out led為發(fā)光二極管 r為電阻 阻值約為510 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?xún)?nèi) 發(fā)射紅外線時(shí) 圖3 4 3 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 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 圖3 4 4 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 5 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 課堂互動(dòng)講練 圖3 4 6是一個(gè)簡(jiǎn)單的磁控防盜報(bào)警裝置 門(mén)的上沿嵌入一小塊永磁體m 門(mén)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(mén)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 圖3 4 6 精講精析 當(dāng)門(mén)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(mén)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 車(chē)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(chē)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 圖3 4 7 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 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 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(chēng)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(chēng)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 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 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 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