2024-2025學(xué)年高中物理第3章傳感器第4節(jié)用傳感器制作自控裝置第5節(jié)用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度學(xué)案粵教版選修3-2

PAGE6-第四節(jié)用傳感器制作自控裝置第五節(jié)用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解晶閘管的工作特點(diǎn)，利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)限制裝置.2.通過利用傳感器制作自動(dòng)限制裝置的過程，培育動(dòng)手實(shí)力和解決問題的實(shí)力.3.知道利用傳感器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理.4.體驗(yàn)探究自然規(guī)律的艱辛和勝利的喜悅，培育團(tuán)隊(duì)精神．一、應(yīng)用光敏電阻制作光控自動(dòng)照明燈電路1．試驗(yàn)?zāi)康牧私馀c傳感器技術(shù)相關(guān)的物理學(xué)問，練習(xí)用傳感器制作自動(dòng)限制裝置．2．試驗(yàn)器材二極管VD、晶閘管VS、光敏電阻RG、定值電阻R(7.5MΩ)、燈泡L、多用電表、導(dǎo)線．3．試驗(yàn)原理由晶閘管VS與電燈L構(gòu)成主回路，限制回路由R與RG組成的分壓器及二極管VD構(gòu)成，如圖所示．(1)當(dāng)白天自然光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻呈低電阻，與R分壓后使晶閘管VS的門電極處于低電平，VS關(guān)斷．(2)當(dāng)夜幕駕臨 時(shí)，照在RG上的自然光線減弱，RG呈高阻，使VS的門電極處于高電平，VS獲得正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，燈L亮．(3)變更R的阻值，即變更其與RG的分壓比，可調(diào)整電路的起控點(diǎn)．4．二極管VD、晶閘管VS的特性(1)二極管：具有單向?qū)щ娦裕?dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，它的阻值很??；當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，它的電阻很大．(2)晶閘管VS：當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極承受何種電壓，晶閘管都處于關(guān)斷狀態(tài)．當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓狀況下晶閘管才導(dǎo)通．5．試驗(yàn)步驟(1)將多用電表旋鈕撥至R“×1k”擋，調(diào)零后，測(cè)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(duì)調(diào)．若兩次測(cè)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(shí)接通G、A極，在保持黑表筆不脫離A極狀態(tài)下斷開G極，指針指示幾十歐至一百歐，然后瞬時(shí)斷開A極再接通，若指針指示∞位置，則表明晶閘管良好．(4)依據(jù)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，視察強(qiáng)光照耀光敏電阻時(shí)和用黑紙包袱光敏電阻時(shí)燈泡L的狀態(tài)．6．留意事項(xiàng)(1)安裝前，對(duì)全部器材進(jìn)行測(cè)試，確保各元件性能良好后，再進(jìn)行安裝．(2)焊接時(shí)，管腳必需在離管殼5mm以上處焊接，焊接時(shí)間不易過長(zhǎng)．(3)留意二極管、晶閘管各極正確裝入電路，不行錯(cuò)接、反接．二、用磁傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁傳感器是把磁感應(yīng)強(qiáng)度變成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量的．2．用傳感器測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，通電螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向符合安培定則．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)光敏電阻隨光照強(qiáng)度增加電阻變大．(×)(2)二極管加正向電壓時(shí)阻值很小．(√)(3)隨著科技的發(fā)展，傳感器會(huì)應(yīng)用在各行各業(yè)和生活的方方面面，可以完全取代人的應(yīng)用．(×)(4)當(dāng)路燈自動(dòng)限制電路做好后，不能隨意調(diào)整路燈點(diǎn)亮熄滅的起控點(diǎn)．(×)(5)磁傳感器是把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)．(√)2．利用半導(dǎo)體不行以制成的是()A．標(biāo)準(zhǔn)電阻 B．熱敏電阻C．光敏電阻 D．晶體管A[標(biāo)準(zhǔn)電阻是幾乎不受溫度影響的電阻，一般是用錳銅合金或鎳銅合金制造的，故只選A.]3．某小型電磁繼電器，其中L為含鐵芯的線圈．P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱，如圖所示．電磁繼電器與傳感器協(xié)作，可完成自動(dòng)限制的要求，其工作方式是()A．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)A[A、B接電磁繼電器的線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓、線圈電流隨信號(hào)電壓變更使電磁繼電器相吸或釋放，從而使C、D接通或斷開，進(jìn)而起到限制作用．故正確選項(xiàng)為A.],自動(dòng)限制電路的實(shí)例分析1.光控開關(guān)(1)電路如圖所示．(2)斯密特觸發(fā)器的工作原理：斯密特觸發(fā)器是一特性能特別的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓漸漸上升到某個(gè)值(1.6V)時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平跳到低電平(0.25V)，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值(0.8V)的時(shí)候，Y會(huì)從低電平跳到高電平(3.4V)．(3)光控開關(guān)的原理：白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻RG阻值較小，加在斯密特觸發(fā)器輸入端A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)天暗到肯定程度時(shí)，RG阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到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)，這樣就達(dá)到了使路燈天明自動(dòng)熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的．2．溫度報(bào)警器(1)電路如圖所示．(2)工作原理：常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端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)溫度上升時(shí)，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升，當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時(shí)，其輸出端Y由高電平跳到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲．R1的阻值不同，則報(bào)警溫度不同，可以通過調(diào)整R1來調(diào)整蜂鳴器的靈敏度．【例1】如圖所示的光控電路，用發(fā)光二極管LED仿照路燈，RG為光敏電阻，R1的最大電阻為51kΩ，R2為330Ω.白天，光的強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較________，加在斯密特觸發(fā)器A端的電壓較________，則輸出端Y輸出高電平，發(fā)光二極管LED________；當(dāng)天色暗到肯定程度時(shí)，RG的阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器輸入端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________發(fā)光(相當(dāng)于路燈亮了)，這樣就達(dá)到了路燈白天熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的．[解析]白天，光照強(qiáng)度較大，光敏電阻RG的電阻值較小，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(電平指某個(gè)端點(diǎn)與“地”之間的電壓)，發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天色暗到肯定程度時(shí)，RG阻值增大到肯定值，斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到某個(gè)值(1.6V)時(shí)，輸出端Y會(huì)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)到了使路燈白天熄滅，天暗自動(dòng)開啟的目的．[答案]小低不導(dǎo)通導(dǎo)通(1)圖中“”叫斯密特觸發(fā)器，是一種具有特別功能的“非”門．(2)與物理學(xué)中的電路圖不同，在涉及門電路的電路圖時(shí)，表示的是電路中的邏輯關(guān)系，通常不把電流的通路完整地畫出來．1.如圖所示為一個(gè)邏輯電平檢測(cè)電路，A與被測(cè)點(diǎn)相接，則()A．A為低電平，LED發(fā)光B．A為高電平，LED發(fā)光C．無論A為高電平或低電平，LED均不發(fā)光D．無論A為高電平或低電平，LED均發(fā)光B[A為低電平常，Y為高電平，LED的電壓小，不發(fā)光；A為高電平常，Y為低電平，LED的電壓大，發(fā)光，故B正確．]自動(dòng)限制電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)自動(dòng)限制電路時(shí)，一般依據(jù)以下的思路進(jìn)行：1．依據(jù)題目給出的儀器和要求畫出限制電路和工作電路：限制電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成．這兩個(gè)電路相互獨(dú)立，又通過繼電器相關(guān)聯(lián)，繼電器事實(shí)上是工作電路的開關(guān)．2．分析自控電路的合理性：電路設(shè)計(jì)完成后，要對(duì)它的合理性進(jìn)行分析，用光照耀光敏電阻或給熱敏電阻加熱，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實(shí)際要求．比如，自控路燈電路的設(shè)計(jì)要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈點(diǎn)亮發(fā)光．【例2】光敏電阻在各種自動(dòng)扮裝置中有許多應(yīng)用，其中有可用于路燈自動(dòng)限制的開關(guān)．如圖所示為試驗(yàn)所用器材，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為電流放大器，D為路燈，請(qǐng)連成電路，達(dá)到日出路燈熄、日落路燈亮的效果，并說明此電路的工作原理．思路點(diǎn)撥：這類自動(dòng)限制裝置的基本流程：外界因素→敏感元件→電流信號(hào)→放大電路→電磁繼電器→受控電路．[解析]電路如圖所示．工作原理：白天，光照強(qiáng)，光敏電阻A阻值小，限制電路中電流大，電磁鐵磁力強(qiáng)，將銜鐵吸合，兩觸點(diǎn)分別，路燈電路不通，燈不亮；傍晚，日落后光照弱，光敏電阻A阻值大，限制電路中電流小，電磁鐵磁力弱，銜鐵向上移使兩觸點(diǎn)接觸，路燈電路接通，燈亮．[答案]見解析2．如圖所示為自動(dòng)水位報(bào)警器的示意圖，在水位低于B時(shí)，電磁鐵所在的限制電路部分?jǐn)嗦?，________燈亮；當(dāng)水位上升到B時(shí)，電磁鐵所在的限制電路部分接通，________燈亮．[解析]限制電路斷開時(shí)，繼電器彈片在彈簧作用下彈起，接通綠燈所在回路，綠燈亮，限制電路接通時(shí)，繼電器彈片在通電螺線管磁性作用下被吸下，接通紅燈所在回路，紅燈亮．[答案]綠紅課堂小結(jié)知識(shí)脈絡(luò)1.晶體二極管具有單向?qū)щ娦裕?dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，它的阻值很小，當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，它的阻值很大．2．當(dāng)晶閘管接反向電壓時(shí)，肯定處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)晶閘管接正向電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓時(shí)晶閘管才處于導(dǎo)通狀態(tài)．3．磁傳感器可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量.1.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表探討熱敏特性試驗(yàn)中，安裝好如圖所示裝置，向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)的示數(shù)為60℃，發(fā)覺多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()A．應(yīng)選用電流擋，溫度上升時(shí)換用大量程測(cè)量B．應(yīng)選用電流擋，溫度上升時(shí)換用小量程測(cè)量C．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率大的擋D．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率小的擋D[多用電表只有選擇歐姆擋才能干脆讀出熱敏電阻的阻值，當(dāng)向杯內(nèi)加入熱水，多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明此時(shí)熱敏電阻的阻值較小，故換用倍率小的擋，D項(xiàng)正確．]2．某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對(duì)著話筒說話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)．在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高D[由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知PQ間距離d增大時(shí)電容C減小，A項(xiàng)錯(cuò)誤．電容減小將放電，電荷量減小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤．放電時(shí)電流從M點(diǎn)經(jīng)R到N點(diǎn)，說明M點(diǎn)電勢(shì)高于N點(diǎn)電勢(shì)，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．]3．在制作光控電路試驗(yàn)中，某同學(xué)按圖所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)覺將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時(shí)，燈泡不發(fā)光，緣由不行能是()A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒C．R1阻值太小 D．燈泡被斷路C[由題可知若二極管接反，光線暗時(shí)，二極管上為負(fù)向電壓，無法導(dǎo)通，燈泡不亮，A項(xiàng)可能；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時(shí)，Y端為高電平，二極管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B項(xiàng)可能；若R1阻值太小，Y端始終為低電平，燈泡始終發(fā)光，C項(xiàng)不行能；燈泡斷路時(shí)無法發(fā)光，D可能．]4．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．