高中物理人教版2第六章傳感器3實(shí)驗(yàn)傳感器的應(yīng)用 全國(guó)獲獎(jiǎng)

第六章傳感器第3節(jié)實(shí)驗(yàn)傳感器的應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】１、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；２、知道晶體三極管的放大特性；３、掌握邏輯電路的基本知識(shí)和基本應(yīng)用；４、綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力，體會(huì)物理知識(shí)實(shí)際中的應(yīng)用?！局攸c(diǎn)、難點(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；3、由門電路控制的傳感器的工作原理。預(yù)習(xí)案【自主學(xué)習(xí)】一、實(shí)驗(yàn)原理及知識(shí)準(zhǔn)備閱讀下列學(xué)習(xí)資料并總結(jié)出其特點(diǎn)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(dǎo)體兩端器件。起源于19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)接觸二極管效應(yīng)，發(fā)展于20世紀(jì)30年代，主要特征是具有單向?qū)щ娦?，即整流特性。利用不同的半?dǎo)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(lái)產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號(hào)和進(jìn)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(jìn)行過壓保護(hù)；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發(fā)射機(jī)中的發(fā)射源；半導(dǎo)體光電二極管能實(shí)現(xiàn)光-電能量的轉(zhuǎn)換，可用來(lái)探測(cè)光輻射信號(hào)；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(guān)、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(guān)管、光電管。按結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來(lái)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(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(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。１、普通二極管和發(fā)光二極管

（１）二極管具有導(dǎo)電性。（２）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時(shí)還能。普通的發(fā)光二極管是用磷化鎵和磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?（3）二極管有二根引腳，較長(zhǎng)的是極。發(fā)光二極管只有加上一定的向電壓，才能導(dǎo)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(huì)損壞二極管，在使用時(shí)必須合適的限流電阻。（二）邏輯電路邏輯電路是以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)邏輯運(yùn)算和操作的電路。由于只分高、低電平，抗干擾力強(qiáng)，精度和保密性佳。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面。這里我們主要說(shuō)邏輯門電路。2、邏輯門電路包括與門，或門，非門。（1）與邏輯對(duì)于與門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為0，則輸出端一定是，只有當(dāng)所有輸入端輸入都同為時(shí)，輸出才是1.符號(hào)圖?（2）或邏輯對(duì)于或門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為1，則輸出一定是，反之，只有當(dāng)所有輸入端都為時(shí)，輸出端才是0.符號(hào)圖（3）非門電路對(duì)于非門電路，當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出總是，當(dāng)輸入為1時(shí)，輸出反而是，非門電路也稱反相器。符號(hào)圖3、斯密特電路：斯密特觸發(fā)器是特殊的電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值V時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平調(diào)到低電平V，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候V，Y會(huì)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(hào)轉(zhuǎn)換為的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。而這正是進(jìn)行光控所需要的?！緦W(xué)始于疑】

探究案【合作探究】實(shí)驗(yàn)1、光控開關(guān)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(hào)表示電路的，并非與大地連接。5V電源的負(fù)極是與連接的。（2）在電子技術(shù)中，習(xí)慣上常用“電平”來(lái)描述邏輯電路的輸入端和輸出端的狀態(tài)，其實(shí)，電平指的就是某個(gè)端點(diǎn)與“地”之間的?；蛘哒f(shuō)，如果以接地端的電勢(shì)為0，那么電平表示的就是某個(gè)端點(diǎn)的。（3）因?yàn)榭刂崎T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(guān)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。（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(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？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(dòng)觸點(diǎn)，E為靜觸點(diǎn)．試分析電磁繼電器的工作原理．問題7、試說(shuō)明控制電路的工作原理?！竞献魈骄俊繉?shí)驗(yàn)2、溫度報(bào)警器問題1、溫度報(bào)警器的工作電路如圖所示，RT問題2、試分析其工作原理。問題3、怎樣使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警？

歸納總結(jié)【課堂小結(jié)/本節(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)】1、光控開關(guān)1、光控開關(guān)2、溫度報(bào)警器器傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)【思考】【當(dāng)堂檢測(cè)】（可以根據(jù)內(nèi)容設(shè)定習(xí)題的個(gè)數(shù)，要求附有答案。時(shí)間可限定在5-10min）1、可以用型號(hào)為74LS14的非門集成電路，發(fā)光二極管和限流電阻來(lái)組成一個(gè)邏輯電平檢測(cè)器，電路如圖所示。使用時(shí)，將檢測(cè)器的輸入端Ａ接到被測(cè)點(diǎn)。請(qǐng)分析：當(dāng)被測(cè)點(diǎn)為高電平時(shí)，LED是否發(fā)光？低電平時(shí)呢？說(shuō)出道理。2、（單選）與門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“1”（）01C.1013、（多選）或門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“0”（）00C.0114、（單選）聯(lián)合國(guó)安理會(huì)每個(gè)常任理事國(guó)都擁有否決權(quán)，假設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)表決器，常任理事國(guó)投反對(duì)票時(shí)輸入“0”，投贊成或棄權(quán)時(shí)輸入“1”，提案通過為“1”，通不過為“0”，則這個(gè)表決器應(yīng)具有哪種邏輯關(guān)系（）A.與門B.非門C.或門D.與非門5、（單選）圖是一個(gè)復(fù)合門電路，由一個(gè)x門電路與一個(gè)非門組成.若整個(gè)電路成為一個(gè)與門，則x電路應(yīng)是（）A.與門B.或門C.與非門D.或非門6、（單選）如圖是一個(gè)三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)C端輸入“1”時(shí)，A、B端輸入為何時(shí)輸出端Y輸出“1”（）01C.101【課后鞏固】（可以根據(jù)內(nèi)容設(shè)定習(xí)題的個(gè)數(shù)，要求附有答案）1、溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來(lái)工作的．如圖6－2－10甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動(dòng)勢(shì)E＝V，內(nèi)電阻不計(jì)；G為靈敏電流表，其內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是()圖6－2－10A．60℃ B．80℃C．100℃ D．120℃2、電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流，它的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)非常快，可以捕捉到瞬間的電流變化，還可以與計(jì)算機(jī)相連，能在很短的時(shí)間內(nèi)畫出電流隨時(shí)間的變化圖象．按圖6－2－15甲連接電路，提供8V直流電源，先使開關(guān)S與1相連，電源向電容器充電，這個(gè)過程可在瞬間完成，然后把開關(guān)S擲向2，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏上顯示出電流隨時(shí)間變化的I－t曲線，如圖乙所示．圖6－2－15(1)圖乙中畫出的豎直狹長(zhǎng)矩形(圖乙最左端)，其面積表示的物理意義是：________；(2)估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量是________C；(3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算，電容器的電容是________F.3、有一種測(cè)量壓力的電子秤，其原理圖如圖6－2－16所示．E是內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為6V的電源．R0是一個(gè)阻值為300Ω的限流電阻．G是由理想電流表改裝成的指針式測(cè)力顯示器．R是一個(gè)壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關(guān)系如下表所示．C是一個(gè)用來(lái)保護(hù)顯示器的電容器．秤臺(tái)的重力忽略不計(jì)．試分析：圖6－2－16壓力F/N050100150200250300…電阻R/Ω300280260240220200180…(1)利用表中的數(shù)據(jù)寫出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式．(2)若電容器的耐壓值為5V，該電子秤的最大稱量值為多少？(3)如果把電流表中電流的刻度變換