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

1、2021/8/11 星期三1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(yīng)強(qiáng)度2021/8/11 星期三2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，練習(xí)用傳感器制作自動裝置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2021/8/11 星期三3第五節(jié)核心要點(diǎn)突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練課前自主學(xué)案課標(biāo)定位2021/8/11 星期三4課前自主學(xué)案一、應(yīng)用光敏電阻制作光控自動照明燈電路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，練習(xí)用傳感器制作自動控制裝置2實(shí)驗(yàn)器材二極管VD、

2、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5 M)、燈泡L、萬用表、導(dǎo)線3實(shí)驗(yàn)原理2021/8/11 星期三5圖341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341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2021/8/11 星期三6(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的特性二極管：具有單向?qū)щ娦援?dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，它的阻值很小

3、；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2021/8/11 星期三74實(shí)驗(yàn)步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R1 k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R1 k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R1 k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G極，指針指示幾十2021/8/11 星期三8歐至一

4、百歐，然后瞬時(shí)斷開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)對磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測量的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_磁信號電信號磁感應(yīng)強(qiáng)度電壓磁場右手螺旋定則2021/8/11 星期三9核心要點(diǎn)突破一、怎樣理解光控開關(guān)的工作原理圖342圖342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51

5、k，R2為330 .2021/8/11 星期三10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)自動熄滅，從而使RG電路中起到自動控制電路的作用2021/8/11 星期三11即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1如圖343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)用遙控器對準(zhǔn)接收頭(30 m以內(nèi))發(fā)射紅外線時(shí)：圖3

6、432021/8/11 星期三12(1)會產(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，喇叭會響，同時(shí)二極管會發(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：見解析2021/8/11 星期三13二、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344所示沿PQ方向通入電流I，垂直于薄片加勻強(qiáng)磁場B，則在MN間會出現(xiàn)電勢差為

7、U，設(shè)薄片厚度為d，PQ方向長度為l1，MN方向?yàn)閘2.薄片中的帶電粒子受到磁場力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使N側(cè)電勢高于M側(cè)，造成半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場帶電粒子同時(shí)受到電場力作用當(dāng)磁場力與電場力平衡時(shí)，MN間電勢差達(dá)到恒定2021/8/11 星期三14圖3442021/8/11 星期三152021/8/11 星期三16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)測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器其原理如圖345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)磁場中，當(dāng)a、b間通過電流I時(shí)，在電極c、d接上靈敏度極高的電壓表，測得兩極間的電勢差為U，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多

8、少？圖3452021/8/11 星期三172021/8/11 星期三18三、干簧管是怎樣起開關(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)磁場消失后，簧片又失去磁性而斷開，所以干簧管是可以用磁場來控制開關(guān)的2021/8/11 星期三19課堂互動講練類型一自動控制電路 圖346是一個(gè)簡單的磁控防盜報(bào)警裝置門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內(nèi)與M相對的位置嵌入干簧管H，并且將干簧管接入圖示的電路睡覺前連接好電路，當(dāng)盜賊開門時(shí)，蜂鳴器就會叫起來請說明它的工作原理，最好通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M這個(gè)電路的工作例1圖3462021/8/11 星期三

9、20【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)開門時(shí)，沒有永磁體作用，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】見精講精析2021/8/11 星期三21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，為了防止萬一，設(shè)計(jì)了下面的光電自動制動安全電路，只要人手不小心靠近了工件，機(jī)器就自動停轉(zhuǎn)，請簡述其工作原理(圖347中的A為車床上的電動機(jī)；B為隨電動機(jī)高速轉(zhuǎn)動的工件；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

10、)例2圖3472021/8/11 星期三22【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銜鐵，造成電動機(jī)斷路，使工件停轉(zhuǎn)以保證安全【答案】見精講精析2021/8/11 星期三23【方法總結(jié)】光傳感器是重要的傳感器之一，人們利用硫化鎘對可見光敏感的特性，制作路燈自動開關(guān)、光照自動調(diào)節(jié)裝置等自控設(shè)備；利用某些半導(dǎo)體材料對紅外光敏感的特性，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，由于對紅外光敏感的元件對可見光不敏感，用它制作的裝置不受可見光影響，因此它的應(yīng)用十分廣泛2021/8/11

11、星期三24類型三 霍爾效應(yīng) 如圖348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的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí)，電勢差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：外部磁場的洛倫茲力使運(yùn)動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一例32021/8/11 星期三25側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場橫向電場對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)面之間會形成穩(wěn)定的電勢差設(shè)電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e.回答下列問題：(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢_下側(cè)面A的電勢(填“高于”“低于”或“等于”)2021/8/11 星期三262021/8/11 星期三272021/8/11 星期三28【答案】見自主解答【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，它可以用來制作探測磁場的探頭，