高中物理人教版2第六章傳感器3實驗傳感器的應用 全國獲獎

第六章傳感器第3節(jié)實驗傳感器的應用【學習目標】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和基本應用；４、綜合實驗培養(yǎng)動手能力，體會物理知識實際中的應用?！局攸c、難點】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；3、由門電路控制的傳感器的工作原理。預習案【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?，即整流特性。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。１、普通二極管和發(fā)光二極管

（１）二極管具有導電性。（２）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，導電時還能。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?！緦W始于疑】

探究案【合作探究】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?！竞献魈骄俊繉嶒?、溫度報警器問題1、溫度報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到更高的溫度時才報警？

歸納總結(jié)【課堂小結(jié)/本節(jié)知識網(wǎng)絡】1、光控開關1、光控開關2、溫度報警器器傳感器的應用實驗【思考】【當堂檢測】（可以根據(jù)內(nèi)容設定習題的個數(shù)，要求附有答案。時間可限定在5-10min）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Ａ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、（單選）與門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“1”（）01C.1013、（多選）或門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“0”（）00C.0114、（單選）聯(lián)合國安理會每個常任理事國都擁有否決權，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、（單選）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、（單選）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”（）01C.101【課后鞏固】（可以根據(jù)內(nèi)容設定習題的個數(shù)，要求附有答案）1、溫度傳感器廣泛應用于家用電器中，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，已知電源的電動勢E＝V，內(nèi)電阻不計；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系如圖乙所示，閉合開關S，當R的溫度等于20℃時，電流表示數(shù)I1＝2mA；當電流表的示數(shù)I2＝mA時，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量電流，它的優(yōu)點是反應非?？?，可以捕捉到瞬間的電流變化，還可以與計算機相連，能在很短的時間內(nèi)畫出電流隨時間的變化圖象．按圖6－2－15甲連接電路，提供8V直流電源，先使開關S與1相連，電源向電容器充電，這個過程可在瞬間完成，然后把開關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算機，屏上顯示出電流隨時間變化的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、電動勢為6V的電源．R0是一個阻值為300Ω的限流電阻．G是由理想電流表改裝成的指針式測力顯示器．R是一個壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關系如下表所示．C是一個用來保護顯示器的電容器．秤臺的重力忽略不計．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