河南省沁陽市第一中學高中物理 第六章傳感器 第三節(jié)實驗傳感器的應用導學案 新人教版選修32.doc

河南省沁陽市第一中學2013-2014學年高二物理 第六章傳感器 第三節(jié)實驗傳感器的應用導學案 新人教版選修3-2 【學習目標】、知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性.、知道晶體三極管的放大特性.、掌握邏輯電路的基本知識和基本應用.、綜合實驗培養(yǎng)動手能力，體會物理知識實際中的應用.【學習重點】：1、了解斯密特觸發(fā)器的工作特點，能夠分析光控電路的工作原理。2、溫度報警器的電路工作原理?！緦W習難點】：由門電路控制的傳感器的工作原理?！緦W習方法】： 實驗法、觀察法、討論法。自主學習：一、實驗原理及知識準備 閱讀下列學習資料并總結(jié)出其特點和作用：（一）、普通二極管和發(fā)光二極管固態(tài)電子器件中的半導體兩端器件。起源于19世紀末發(fā)現(xiàn)的點接觸二極管效應，發(fā)展于20世紀30年代，主要特征是具有單向?qū)щ娦裕凑魈匦?。利用不同的半導體材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)，可制成不同類型的二極管，用來產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號和進行能量轉(zhuǎn)換。例如穩(wěn)壓二極管可在電源電路中提供固定偏壓和進行過壓保護；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發(fā)射機中的發(fā)射源；半導體光電二極管能實現(xiàn)光-電能量的轉(zhuǎn)換，可用來探測光輻射信號；用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等；肖特基二極管可用于微波電路中的混頻、檢波、調(diào)制、超高速開關、倍頻和低噪聲參量放大等。 按用途分：檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關管、光電管。按結(jié)構(gòu)分：點接觸型二極管、面接觸型二極管發(fā)光二極管簡稱為led。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個pn結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．斀o發(fā)光二極管加上正向電壓后，就能產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 、普通二極管和發(fā)光二極管 （）二極管具有導電性。 （）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝猓瑢щ姇r還能。普通的發(fā)光二極管是用磷化鎵和磷砷化鎵等半導體材料制成，能直接將電能轉(zhuǎn)化為 能。該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8v. （3）二極管有二根引腳，較長的是 極。發(fā)光二極管只有加上一定的 向電壓，才能導通發(fā)光，工作電流只有幾毫安，最大不得超過10ma。過大的電流會損壞二極管，在使用時必須 合適的限流電阻。（二）邏輯電路邏輯電路是以二進制為原理、實現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運算和操作的電路。由于只分高、低電平，抗干擾力強，精度和保密性佳。廣泛應用于計算機、數(shù)字控制、通信、自動化和儀表等方面。這里我們主要說邏輯門電路。2、邏輯門電路包括與門，或門，非門。 （1）與邏輯對于與門電路，只要一個輸入端輸入為0，則輸出端一定是 ，只有當所有輸入端輸入都同為 時，輸出才是1. 符號圖 （2）或邏輯對于或門電路，只要一個輸入端輸入為1，則輸出一定是 ，反之，只有當所有輸入端都為 時，輸出端才是0. 符號圖 （3）非門電路對于非門電路，當輸入為0時，輸出總是 ，當輸入為1時，輸出反而是 ，非門電路也稱反相器。符號圖 3、斯密特電路：斯密特觸發(fā)器是特殊的 電路，當加在它的輸入端a的電壓逐漸上升到某個值 v時，輸出端y會突然從高電平調(diào)到低電平 v，而當輸入端a的電壓下降到另一個值的時候 v，y會從低電平跳到高電平 v。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為 的 信號，以實現(xiàn)開關功能。而這正是進行光控所需要的。 合作探究二、實驗1、光控開關問題1、電路組成： 觸發(fā)器， 電阻rg，發(fā)光二極管led模仿路燈，滑線變阻器r1，定值電阻r2，電路如圖所示。問題2、電路圖分析 （1）圖中的接地符號表示電路的 ，并非與大地連接。5v電源的負極是與 連接的。 （2）在電子技術(shù)中，習慣上常用“電平”來描述邏輯電路的輸入端和輸出端的狀態(tài)，其實，電平指的就是某個端點與“地”之間的 ?；蛘哒f，如果以接地端的電勢為0，那么電平表示的就是某個端點的 。（3）因為控制門電路的邏輯狀態(tài)的物理量是輸入端的 ，而不是電流或電阻，所以要將電阻r1與光敏電阻rg組成串聯(lián)分壓電路，反光敏電阻因光照面發(fā)生的 的變化，轉(zhuǎn)換為 的變化，加到非門的輸入端a。（4）控制燈光亮與滅需要的是一種跳變的開關量，面光敏電阻輸出的是 變化的模擬量，所以要用 把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。（5）r2是發(fā)光二極管的限流電阻，使通過它的電流不超過 ma。問題3、試分析其工作原理。問題4、要想在天更暗時路燈才會亮，應該把r1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？問題5、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？并聯(lián)二極管起什么作用？問題6、如圖所示電磁繼電器工作電路，圖中虛線框內(nèi)即為電磁繼電器，d為動觸點，e為靜觸點試分析電磁繼電器的工作原理問題7、試說明控制電路的工作原理。三、實驗2、溫度報警器問題8、溫度報警器的工作電路如圖所示，的變化是如何引起a端電壓變化的？問題9、試分析其工作原理。問題10、怎樣使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？四、針對訓練：1、可以用型號為74ls14的非門集成電路，發(fā)光二極管和限流電阻來組成一個邏輯電平檢測器，電路如圖所示。使用時，將檢測器的輸入端接到被測點。請分析：當被測點為高電平時，led是否發(fā)光？低電平時呢？說出道理。2、與門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“1”（ ）a.0 0 b.0 1 c.1 0 d.1 13、或門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“0”（ ）a.0 0 b.1 0 c.0 1 d.1 14、聯(lián)合國安理會每個常任理事國都擁有否決權(quán)，假設設計一個表決器，常任理事國投反對票時輸入“0”，投贊成或棄權(quán)時輸入“1”，提案通過為“1”，通不過為“0”，則這個表決器應具有哪種邏輯關系（ ）a.與門 b.非門 c.或門 d.與非門5、圖是一個復合門電路，由一個x門電路與一個非門組成.若整個電路成為一個與門，則x電路應是（ ）a.與門 b.或門 c.與非門 d.或非門6、“第5題”中的整個電路若成為一個或門，則x電路應是（ ）7、如圖是一個三輸入端復合門電路，當c端輸入“1”時，a、b端輸入為何時輸出端y輸出“1”（ ）a.0 0 b.0 1 c.1 0 d.1 18、如圖所示，一個三輸入端復合門電路，當輸入為1 0 1時，輸出為_.（填“0”或“1”）9、與非門可以改裝成一個非門，方法為只用一個輸入端如a端，而另一個輸入端b端輸入穩(wěn)定信號，則為把與非門改裝成非門，b端應始終輸入_.（填“0”或“1”）五、學習總結(jié)、點評本節(jié)課主要學習了以下幾個問題：1、光控開關2、溫度報警器器傳感器的應用實驗 六、課余作業(yè)1、課下閱讀教材附錄，了解“一些元器件的原理和使用要點”。2、思考并回答“問題與練習”。參考答案典型例題：例1、解析：白天，光強度較大，光敏電阻g電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器端的電壓較低，則輸出端輸出高電平，發(fā)光二極管led不導通；當天色暗到一定程度時，g的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端的電壓上升到某個值(1.6v)，輸出端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天明熄滅，天暗自動開啟的目的。例2、解析：常溫下，調(diào)整1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端處于低電平，則輸出端處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當溫度高時，熱敏電阻t阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端電勢升高，當達到某一值(高電平)，其輸出端由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲，1的阻值不同，則報警溫度不同。針對訓練：1