《實驗：傳感器的應(yīng)用》教案1

1/1實驗：傳感器的應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)1．了解兩個實驗的基本原理。2．通過實驗，加深對傳感器作用的體會，培養(yǎng)自己的動手能力。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．溫度報警器的電路工作原理。難點(diǎn)光控電路和溫度報警器電路的工作原理。教學(xué)方法實驗法、觀察法、討論法。教學(xué)手段實驗過程中用到的有關(guān)器材、元器件等，由實驗室統(tǒng)一準(zhǔn)備教學(xué)過程（一）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)用越來越廣泛，如走廊里的聲、光控開關(guān)、溫度報警器、孵小雞用的恒溫箱、路燈的自動控制、銀行門口的自動門等，都用到了傳感器．傳感器的工作離不開電子電路，傳感器只是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，對電學(xué)量的放大，處理均是通過電子元件組成的電路來完成的．這節(jié)課我們就來動手組裝光控開關(guān)或溫度報警器。（二）進(jìn)行新課實驗1、光控開關(guān)1．實驗原理及知識準(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51kΩ，R2為330kΩ，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，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，天暗自動開啟的目的．（1）要想在天更暗時路燈才會亮，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的電流較小，要用白熾燈泡模仿路燈，就要使用繼電器來啟閉工作電路．（投影）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(diǎn)，E為靜觸點(diǎn)．試分析電磁繼電器的工作原理．當(dāng)線圈A中通電時，鐵芯中產(chǎn)生磁場，吸引銜鐵B向下運(yùn)動，從而帶動動觸點(diǎn)D向下與E接觸，將工作電路接通，當(dāng)線圈A中電流為零時，電磁鐵失去磁性，銜鐵B在彈簧作用下拉起，帶動觸點(diǎn)D與E分離，自動切斷工作電路．試說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電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通；天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈A，電磁繼電器工作，接通工作電路，使路燈自動開啟；天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，則線圈A不再有電流，則電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，路燈熄滅．分組實驗。2．溫度報警器上一節(jié)我們學(xué)習(xí)了火災(zāi)報警器，它是利用煙霧對光的散射作用，使火災(zāi)發(fā)出的光引起光敏電阻的阻值變化，從而達(dá)到報警的目的．這種設(shè)計其敏感性是否值的懷疑，你想過嗎？既然發(fā)生火災(zāi)時，環(huán)境溫度要升高，我們能不能用溫度傳感器來做成火災(zāi)報警器呢？（投影）溫度報警器的工作電路，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，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，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)出報警聲，Rl的阻值不同，則報警溫度不同．怎樣使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，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．分組實驗。（三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：光控開關(guān)光控開關(guān)溫度報警器傳感器的應(yīng)用實例（四）實例探究電磁繼電器與自動控制【例1】現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路．要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程．第六章傳感器（一）本章知識結(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？請畫圖表示。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，受壓時其上表面拉伸，電阻變_____，下表面壓縮，電阻變_____。外力越大，這兩個表面的電壓差值就越_____。7．指出以下傳感器應(yīng)用的實例中，所應(yīng)用的傳感器，或主要元件。（1）電子秤：_________的應(yīng)用，敏感元件是_________（2）話筒：_________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）測溫儀：_________的應(yīng)用，測溫元件是________或_________、________、_________。（6）鼠標(biāo)器：_________的應(yīng)用，主要元件是________或_________（7）火災(zāi)報警器：_________的應(yīng)用，利用煙霧對____________來工作的。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51kΩ，R2為330kΩ，試分析其工作原理．要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些？9．如圖所示溫度報警器的工作電路，試分析其工作原理。要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警，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Rt（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，這時表針恰好指在刻度盤的正中間．若往Rt上擦一些酒精，表針將向________（填“左”或“右”）移動；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。針對練習(xí)1：如圖所示，R1為定值電阻，R2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（）A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大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，（）A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大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為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，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，彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大，通過信號轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求：（1）托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離xl．（2）托盤上放有質(zhì)量為m的物體時，P1離A的距離x2．（3）在托盤上未放物體時通常先核準(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放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式．跟蹤練習(xí)2：磁場具有能量，磁場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一段微小距離，并測出拉力F，如圖所示．因為F所做的功等于間隙中磁場的能量，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、控溫兩重功能，對此以下說法中正確的是（）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，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，溫度保持在t1或t2不變跟蹤練習(xí)3：一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)系如圖中實線①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在較大范圍內(nèi)波動，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“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)系如圖中實線②所示．試根據(jù)圖線分析：（1）為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時比普遍電熨斗升溫快？（2）通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在T_____<t<T_______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的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時，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)。實驗表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時電勢差U，電流I和B的關(guān)系為U=k

，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)?；魻栃?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)體板的另一側(cè)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，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設(shè)電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，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）。（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)之間的電勢差為U時，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數(shù)。跟蹤練習(xí)4：電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假