用傳感器制作自控裝置用傳感器測磁感應強度粵教版選修PPT課件

25 04 2020 1 第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測磁感應強度 25 04 2020 2 課標定位 學習目標 1 了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識 練習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強度 重點難點 1 實驗的操作 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 25 04 2020 3 第五節(jié) 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 課前自主學案 課標定位 25 04 2020 4 課前自主學案 一 應用光敏電阻制作光控自動照明燈電路1 實驗目的了解與傳感器技術(shù)相關(guān)的物理知識 練習用傳感器制作自動控制裝置 2 實驗器材二極管VD 晶閘管VS 光敏電阻RG 定值電阻R 7 5M 燈泡L 萬用表 導線 3 實驗原理 25 04 2020 5 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 白天自然光較強時 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 25 04 2020 6 2 當夜幕降臨時 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 4 二極管VD 晶閘管VS的特性 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 它的電阻很大 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情況下晶閘管才導通 25 04 2020 7 4 實驗步驟 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 25 04 2020 8 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 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 觀察強光照射光敏電阻時和用黑紙包裹光敏電阻時燈泡L的狀態(tài) 二 磁傳感器的原理與應用1 磁傳感器是把 變成 從而實現(xiàn)對磁感應強度進行測量的 2 霍爾元件 能夠把 這個磁學量轉(zhuǎn)換成 這個電學量的裝置 3 用傳感器測磁感應強度時 通電螺線管產(chǎn)生 其方向符合 磁信號 電信號 磁感應強度 電壓 磁場 右手螺旋定則 25 04 2020 9 核心要點突破 一 怎樣理解光控開關(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 25 04 2020 10 當天黑時 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兩端電壓相應增加 當電壓達到一定值時自動發(fā)光 黎明時 光線變強 RG電阻減小 二極管LED兩端電壓相應降低 降低到一定值時自動熄滅 從而使RG電路中起到自動控制電路的作用 25 04 2020 11 即時應用 即時突破 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 當接收頭未接收到紅外線時 接收器不發(fā)聲 當用遙控器對準接收頭 30m以內(nèi) 發(fā)射紅外線時 圖3 4 3 25 04 2020 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 同時發(fā)光二極管被點亮 2 接收頭G是接收紅外線的 當未接收到紅外線時 接收頭輸出端為高電平 喇叭不響 二極管不會發(fā)光 當接收頭接收到紅外線時 接收頭輸入端為高電平 輸出端為低電平 喇叭會響 同時二極管會發(fā)光 此實驗是演示紅外線能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離遙控 答案 見解析 25 04 2020 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而設計的一個矩形半導體薄片 在其前 后 左 右分別引出一個電極 如圖3 4 4所示 沿PQ方向通入電流I 垂直于薄片加勻強磁場B 則在MN間會出現(xiàn)電勢差為U 設薄片厚度為d PQ方向長度為l1 MN方向為l2 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) 造成半導體內(nèi)部出現(xiàn)電場 帶電粒子同時受到電場力作用 當磁場力與電場力平衡時 MN間電勢差達到恒定 25 04 2020 14 圖3 4 4 25 04 2020 15 25 04 2020 16 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 磁強計是利用霍爾效應測量磁感應強度的儀器 其原理如圖3 4 5所示 一塊導體高為l 厚為d 分別接有a b c d四個電極 將導體放在如右圖所示的勻強磁場中 當a b間通過電流I時 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 勻強磁場的磁感應強度B為多少 圖3 4 5 25 04 2020 17 25 04 2020 18 三 干簧管是怎樣起開關(guān)作用的 探究 干簧管內(nèi)部的兩個簧片是軟磁性材料做成的 當它附近有磁場存在時 兩個簧片被磁化而吸引在一起 接通了電路 當磁場消失后 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 25 04 2020 19 課堂互動講練 圖3 4 6是一個簡單的磁控防盜報警裝置 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 當盜賊開門時 蜂鳴器就會叫起來 請說明它的工作原理 最好通過實驗模擬這個電路的工作 圖3 4 6 25 04 2020 20 精講精析 當門閉著時 永磁體使干簧管接通 斯密特觸發(fā)器輸入端與電源負極相連 處于低電平 則輸出端為高電平 故蜂鳴器不發(fā)聲 當開門時 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)聲報警 答案 見精講精析 25 04 2020 21 車床在工作時是不允許將手隨便接近飛轉(zhuǎn)的工件的 為了防止萬一 設計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 機器就自動停轉(zhuǎn) 請簡述其工作原理 圖3 4 7中的A為車床上的電動機 B為隨電動機高速轉(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 圖3 4 7 25 04 2020 22 精講精析 當手在C D間靠近工件時 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 造成電動機斷路 使工件停轉(zhuǎn)以保證安全 答案 見精講精析 25 04 2020 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)裝置等自控設備 利用某些半導體材料對紅外光敏感的特性 制作遙控設備 廣泛應用在電視機 錄像機 空調(diào) 影碟機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 因此它的應用十分廣泛 25 04 2020 24 如圖3 4 8所示 厚度為h 寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中 當電流通過導體板時 在導體板的上側(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 實驗表明 當磁場不太強時 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) 霍爾效應可解釋如下 外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導體板的一側(cè) 在導體板的另一 25 04 2020 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 當靜電力與洛倫茲力達到平衡時 導體板上下兩側(cè)面之間會形成穩(wěn)定的電勢差 設電流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 達到穩(wěn)定狀態(tài)時 導體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面A 的電勢 填 高于 低于 或 等于 25 04 2020 26 25 04 2020 27 25 04 2020 28 答案 見自主解答 方法總結(jié) 本題是討論霍爾效應的題目 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 還可以應用在其他與磁場有關(guān)的自動控制系統(tǒng)中 因而霍爾元件也叫磁敏元件 25 04 2020 29 變式訓練 單選 如圖3 4 9所示 截面為矩形的金屬導體 放在磁場中 當導體中通有圖示電流時 導體