新人教版高中物理選修32精品教案：6．4傳感器的應(yīng)用實(shí)例

1、高中物理教案主備人 秦慶偉 第 7 頁(yè) 共 7 頁(yè)64 傳感器的應(yīng)用實(shí)例教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1了解兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原理。2通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)傳感器作用的體會(huì)，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力。（二）過(guò)程與方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力，體會(huì)傳感器在實(shí)際中的應(yīng)用。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)動(dòng)手組裝和調(diào)試，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)1了解斯密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)，能夠分析光控電路的工作原理。2溫度報(bào)警器的電路工作原理。難點(diǎn)光控電路和溫度報(bào)警器電路的工作原理。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法。教學(xué)手段實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的有關(guān)器材、元器件等，由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一準(zhǔn)備教學(xué)過(guò)程（一

2、）引入新課隨著人們生活水平的提高，傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如走廊里的聲、光控開(kāi)關(guān)、溫度報(bào)警器、孵小雞用的恒溫箱、路燈的自動(dòng)控制、銀行門(mén)口的自動(dòng)門(mén)等，都用到了傳感器傳感器的工作離不開(kāi)電子電路，傳感器只是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，對(duì)電學(xué)量的放大，處理均是通過(guò)電子元件組成的電路來(lái)完成的這節(jié)課我們就來(lái)動(dòng)手組裝光控開(kāi)關(guān)或溫度報(bào)警器。（二）進(jìn)行新課實(shí)驗(yàn)1、光控開(kāi)關(guān)1實(shí)驗(yàn)原理及知識(shí)準(zhǔn)備（投影）如圖所示光控電路，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 k，r2為 330 k，試分析其工作原理白天，光強(qiáng)度較大，光敏電阻rg電阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器a端的電壓較低，則輸出端

3、y輸出高電平，發(fā)光二極管led不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，rg的阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端 a的電壓上升到某個(gè)值（1.6v），輸出端y突然從高電平跳到低電平，則發(fā)光二極管led導(dǎo)通發(fā)光（相當(dāng)于路燈亮了），這樣就達(dá)到了使路燈天明熄滅，天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的（1）要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？為什么？應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端a電壓達(dá)到某個(gè)值（如1.6v，就需要rg的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。（2）用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？由于集成電路允許通過(guò)的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來(lái)啟閉工作電路（投影）如圖所示電

4、磁繼電器工作電路，圖中虛線(xiàn)框內(nèi)即為電磁繼電器，d為動(dòng)觸點(diǎn)，e為靜觸點(diǎn)試分析電磁繼電器的工作原理當(dāng)線(xiàn)圈 a中通電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵b向下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)d向下與e接觸，將工作電路接通，當(dāng)線(xiàn)圈a中電流為零時(shí)，電磁鐵失去磁性，銜鐵b在彈簧作用下拉起，帶動(dòng)觸點(diǎn)d與e分離，自動(dòng)切斷工作電路試說(shuō)明控制電路的工作原理。天較亮?xí)r，光敏電阻rg阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢(shì)較低，則輸出端y輸出高電平，線(xiàn)圈中無(wú)電流，工作電路不通；天較暗時(shí)，光敏電阻rg電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢(shì)升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端y由高電平突然跳到低電平，有電流通過(guò)線(xiàn)圈a，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動(dòng)

5、開(kāi)啟；天明后，rg阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢(shì)逐漸降低，降到一定值，輸出端 y突然由低電平跳到高電平，則線(xiàn)圈a不再有電流，則電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源，路燈熄滅分組實(shí)驗(yàn)。2溫度報(bào)警器上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了火災(zāi)報(bào)警器，它是利用煙霧對(duì)光的散射作用，使火災(zāi)發(fā)出的光引起光敏電阻的阻值變化，從而達(dá)到報(bào)警的目的這種設(shè)計(jì)其敏感性是否值的懷疑，你想過(guò)嗎？既然發(fā)生火災(zāi)時(shí)，環(huán)境溫度要升高，我們能不能用溫度傳感器來(lái)做成火災(zāi)報(bào)警器呢？（投影）溫度報(bào)警器的工作電路，如圖所示。試分析其工作原理。常溫下，調(diào)整r1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端a處于低電平，則輸出端y處于高電平，無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高

6、時(shí)，熱敏電阻rt阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)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(bào)警聲，rl的阻值不同，則報(bào)警溫度不同怎樣使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警？要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)減小r1的阻值，r1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入端達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高分組實(shí)驗(yàn)。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問(wèn)題：光控開(kāi)關(guān)溫度報(bào)警器傳感器的應(yīng)用實(shí)例（四）實(shí)例探究電磁繼電器與自動(dòng)控制【例1】現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)若干如圖所示，試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路要求溫度低于某一溫度時(shí)

7、，電爐絲自動(dòng)通電供熱，超過(guò)某一溫度時(shí)，又可以自動(dòng)斷電，畫(huà)出電路圖說(shuō)明工作過(guò)程 第六章 傳 感 器 （一）本章知識(shí)結(jié)構(gòu)梳理（投影復(fù)習(xí)提綱，可以印發(fā)提綱，要求學(xué)生課下預(yù)習(xí)完成）1什么是傳感器？它是怎樣的一類(lèi)元件？2熱敏電阻和金屬熱電阻是一回事嗎？它們的阻值隨溫度分別怎樣變化？3霍爾電壓uh=_，式中各量分別表示什么？4光敏電阻有何特性？5傳感器應(yīng)用的一般模式是怎樣的？請(qǐng)畫(huà)圖表示。6常用的一種力傳感器是由_和_組成的，_是一種敏感元件，現(xiàn)在多用半導(dǎo)體材料組成，受壓時(shí)其上表面拉伸，電阻變_，下表面壓縮，電阻變_。外力越大，這兩個(gè)表面的電壓差值就越_。7指出以下傳感器應(yīng)用的實(shí)例中，所應(yīng)用的傳感器，或主要

8、元件。（1）電子秤：_的應(yīng)用，敏感元件是_（2）話(huà)筒：_的應(yīng)用，分_和_兩種。（3）電熨斗：_的應(yīng)用，敏感元件是_，作用：控制_的通斷。（4）電飯鍋：_的應(yīng)用，敏感元件是_，作用：控制_的通斷。（5）測(cè)溫儀：_的應(yīng)用，測(cè)溫元件是_或_、_、_。（6）鼠標(biāo)器：_的應(yīng)用，主要元件是_或_（7）火災(zāi)報(bào)警器：_的應(yīng)用，利用煙霧對(duì)_來(lái)工作的。8如圖所示是光控電路，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 k，r2為 330 k，試分析其工作原理要想在天更暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？9如圖所示溫度報(bào)警器的工作電路，試分析其工作原理。要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫

9、度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？（二）精題講練1、熱敏電阻的特性【例1】如圖所示，將多用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 r t（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻）的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間若往r t上擦一些酒精，表針將向_（填“左”或“右”）移動(dòng)；若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將向_（填“左”或“右”）移動(dòng)。針對(duì)練習(xí)1：如圖所示，r 1為定值電阻，r 2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻），l為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)（ ）ar 1兩端的電壓增大 b電流表的示數(shù)增大

10、c小燈泡的亮度變強(qiáng) d小燈泡的亮度變?nèi)?、光敏電阻的特性【例2】如圖所示，r1、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，（ ）a電壓表的示數(shù)增大 br2中電流減小c小燈泡的功率增大 d電路的路端電壓增大跟蹤練習(xí)2： 如圖所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆檔，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻rt的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間若用不透光的黑紙將rt包裹起來(lái)，表針將向_（填“左”或“右”）轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒光照射rt，表針將向_（填“左”或“右”）轉(zhuǎn)動(dòng)。3、力傳感器的應(yīng)用【例3】如圖所示為某種電子秤的原理示意圖，ab為一均勻的滑線(xiàn)電阻，阻值為r，長(zhǎng)度為l，兩邊分別有

11、p1、p2兩個(gè)滑動(dòng)頭，p1可在豎直絕緣光滑的固定桿mn上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，p1剛好指著a端，p1與托盤(pán)固定相連，若p1、p2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過(guò)放大，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤(pán)自身質(zhì)量為m0，電源電動(dòng)勢(shì)為e，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求：（1）托盤(pán)上未放物體時(shí)，在托盤(pán)自身重力作用下，p1離a的距離xl（2）托盤(pán)上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，p1離a的距離x2（3）在托盤(pán)上未放物體時(shí)通常先核準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)p2，使p2離a的距離也為xl，從而使p1、p2間的電壓為零校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤(pán)上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m

12、與p1、p2間的電壓u之間的函數(shù)關(guān)系式跟蹤練習(xí)3： 磁場(chǎng)具有能量，磁場(chǎng)中單位體積所具有的能量叫做能量密度，其值為式中b是磁感應(yīng)強(qiáng)度，是磁導(dǎo)率，在空氣中為一已知常數(shù)為了近似測(cè)得條形磁鐵磁極端面附近的磁感強(qiáng)度b，一學(xué)生用一根端面面積為a的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片p，再用力將鐵片與磁鐵拉開(kāi)一段微小距離，并測(cè)出拉力f，如圖所示因?yàn)閒所做的功等于間隙中磁場(chǎng)的能量，所以由此可得磁感應(yīng)強(qiáng)度b與f、a之間的關(guān)系為b=_4、溫度傳感器的應(yīng)用【例4】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是ptc元件，ptc元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這種特性，ptc元件具有發(fā)熱、控溫

13、兩重功能，對(duì)此以下說(shuō)法中正確的是（ ）a通電后其功率先增大后減小b通電后其功率先減小后增大c當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1至t2的某一值不變d當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變跟蹤練習(xí)4：一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖中實(shí)線(xiàn)所示由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物有一種用主要成分為batio3被稱(chēng)為“ptc”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)ptc材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線(xiàn)所示試根據(jù)圖線(xiàn)分析：（1）為什

14、么原處于冷態(tài)的ptc熨斗剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快？（2）通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在t_tt_范圍之內(nèi)（填下標(biāo)數(shù)字）5、霍爾元件的應(yīng)用【例5】 如圖所示，厚度為h、寬為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u=k，式中的比例系數(shù)k稱(chēng)為霍爾系數(shù)?；魻栃?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)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)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。設(shè)電流i是由電子定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為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)面的電勢(shì)（填高于、低于或等于）。（2）電子所受的洛倫茲力的大小為 。 （3）當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為u時(shí)，電子所受的靜電力的大小為 （4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。跟蹤練習(xí)5：電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管內(nèi)橫截面的流體的體積）