重庆市开县中学高中物理 实验 传感器的应用导学案 新人教版选修31.doc

重庆市开县中学2014年高中物理 实验 传感器的应用导学案 新人教版选修3-1教学内容实验：传感器的应用1 课时教学起止时间课型安排问题解决课主备小组成员胡永学、彭涣成、霍兆霞主备负责人（主持人）资料收集互传人霍兆霞课程标准学习目标1.让学生练习电子电路的组装，获得自动控制电路设计的感性认识。2.识别各种晶体管，逻辑集成电路块，集成电路实验板，知道各种元件的性能和引脚。3.了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。4.了解温控报警器及控制原理，会组装温度报警器。重点难点重点：光控开关和温控报警的工作原理和制作。难点：光控开关和温控报警的工作原理和制作。学习过程评价任务（内容、问题、试题）学导策略引入新课上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？学生思考后回答：电饭锅，测温仪，鼠标器，火灾报警器这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。模块一:认识器件（一）、普通二极管和发光二极管理论简介：固态电子器件中的半导体两端器件。起源于19世纪末发现的点接触二极管效应，发展于20世纪30年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；半导体发光二极管能实现电-光能量的转换，可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。按用途分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管发光二极管简称为led。由镓（ga）与砷（as）、磷（p）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为led。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子，在pn结附近数微米内分别与n区的电子和p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。总结：（1）二极管具有单向导电性（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v。（二）、晶体三极管晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的pn结，两个pn结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有pnp和npn两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。 发射区和基区之间的pn结叫发射结，集电区和基区之间的pn结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，pnp型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；npn型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是pn结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有pnp型和npn型两种类型。晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ic/ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。总结：（1）三极管具有电流放大作用。（2）晶体三极管能够将微弱的信号放大，晶体三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。（3）传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。展示实物（三）逻辑电路逻辑电路以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者的逻辑功能与时间无关，即不具记忆和存储功能，后者的操作按时间程序进行。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。逻辑门电路符号图包括与门，或门，非门，1与门电路对于与门电路，只要一个输入端输入为0，则输出端一定是0，只有当所有输入端输入都同为1时，输出才是1.?2或逻辑对于或门电路，只要一个输入端输入为1，则输出一定是1，反之，只有当所有输入端都为0时，输出端才是0.3.非门电路对于非门电路，当输入为0时，输出总是1，当输入为1时，输出反而是0，非门电路也称反相器。4.斯密特电路：斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端a的电压逐渐上升到某个值1.6v时，输出端y会突然从高电平调到低电平0.25v，而当输入端a的电压下降到另一个值的时候0.8v，y会从低电平跳到高电平3.4v。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。模块二：制作电路实验原理：1、光控开关电路组成：斯密特触发器，光敏电阻，发光二极管led模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路如图所示。工作原理：天明时，rg变小，流过r1的电流变大，a端输入电压降低到0.8v，y会从低电平跳到高电平3.4v，led上的电压低于正向导通电压1.8v，led不会发光，当天色暗到一定程度时，rg变大，输入端a的电压升高到某一个值1.6v时，输出端y突然从高电平跳到低电平0.25v，此时加在led上的正向电压大于导通电压1.8v，二极管led发光。特别提醒：要想在天暗时路灯才会亮，应该把r1的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器的输入端a电压达到某个值1.6v，就需要rg的阻值达到更大，即天色更暗。拓展：如果电路不用发光二极管来模拟，直接用在电路中，就必须用到电磁继电器。如教材63页图。 2温度报警器（热敏电阻式报警器） 结构组成：斯密特触发器，热敏电阻，蜂鸣器，变阻器，定值电阻，如图教材63页图所示。 工作原理：常温下，调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平，则输出端y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声，当温度升高时，热敏电阻rt阻值减小，斯密特触发器输入端a电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平调到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，r1的阻值不同，则报警器温度不同。 特别提示：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该减小r1的阻值，r1阻值越小，要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。 实验制作：在理解原理的基础上，学生根据