高中物理 3.4用传感器制作自控装置、3.5用传感器测磁感应强度课件 粤教版选修32.ppt

第四节用传感器制作自控装置第五节用传感器测磁感应强度 课标定位 学习目标 1 了解与传感器技术相关的物理知识 练习用传感器制作自动装置 2 知道什么是磁传感器 了解霍尔元件的工作原理及如何用霍尔元件测磁感应强度 重点难点 1 实验的操作 2 加深对传感器原理的理解 3 干簧管的作用及霍尔元件的工作原理 第五节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 课标定位 课前自主学案 一 应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路1 实验目的了解与传感器技术相关的物理知识 练习用传感器制作自动控制装置 2 实验器材二极管vd 晶闸管vs 光敏电阻rg 定值电阻r 7 5m 灯泡l 万用表 导线 3 实验原理 图3 4 1 由晶闸管vs与电灯l构成主回路 控制回路由r与rg组成的分压器及二极管vd构成 如图3 4 1所示 1 白天自然光较强时 光敏电阻呈低电阻 与r分压后使晶闸管vs门电极处于低电平 vs关断 2 当夜幕降临时 照在rg上的自然光减弱 rg呈高电阻 使vs的门电极处于高电平 vs获正向触发电压而导通 灯l亮 3 改变r的阻值 即改变其与rg的分压比 可调整电路的起控点 4 二极管vd 晶闸管vs的特性 二极管 具有单向导电性 当给二极管加正向电压时 它的阻值很小 当给二极管加反向电压时 它的电阻很大 晶闸管vs 当晶闸管承受反向电压时 不论门极承受何种电压 晶闸管都处于关断状态 当晶闸管承受正向电压时 仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通 4 实验步骤 1 将多用电表旋钮拨至r 1k挡 调零后 测量电阻r的阻值 检查r是否符合要求 2 将多用电表旋钮拨至r 1k挡 调零后 用两表笔分别接二极管两极 然后将两表笔位置对调 若两次测量结果一次较小 一次很大 则二极管性能良好 3 将多用电表旋钮拨至r 1k挡 红表笔接晶闸管k极 黑表笔同时接通g a极 在保持黑表笔不脱离a极状态下断开g极 指针指示几十 欧至一百欧 然后瞬时断开a极再接通 若指针指示 位置 则表明晶闸管良好 4 按照电路图 将各元件焊接 安装好 5 检查各元件的连接 确保无误 6 接通电源 观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡l的状态 二 磁传感器的原理与应用1 磁传感器是把 变成 从而实现对磁感应强度进行测量的 2 霍尔元件 能够把 这个磁学量转换成 这个电学量的装置 3 用传感器测磁感应强度时 通电螺线管产生 其方向符合 磁信号 电信号 磁感应强度 电压 磁场 右手螺旋定则 核心要点突破 一 怎样理解光控开关的工作原理 图3 4 2图3 4 2所示的光控电路用发光二极管led模仿路灯 rg为光敏电阻 r1的最大电阻为51k r2为330 当天黑时 光线变弱 rg电阻变大 串联电路中rg分得电压增大 二极管led两端电压相应增加 当电压达到一定值时自动发光 黎明时 光线变强 rg电阻减小 二极管led两端电压相应降低 降低到一定值时自动熄灭 从而使rg电路中起到自动控制电路的作用 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图3 4 3是红外线遥控接收器 甲图为外形 乙图为电路 电路中g为红外线接收头out led为发光二极管 r为电阻 阻值约为510 htd为压电陶瓷喇叭 当接收头未接收到红外线时 接收器不发声 当用遥控器对准接收头 30m以内 发射红外线时 图3 4 3 1 会产生什么现象 2 接收头的作用原理是什么 解析 1 陶瓷喇叭发出响声 同时发光二极管被点亮 2 接收头g是接收红外线的 当未接收到红外线时 接收头输出端为高电平 喇叭不响 二极管不会发光 当接收头接收到红外线时 接收头输入端为高电平 输出端为低电平 喇叭会响 同时二极管会发光 此实验是演示红外线能够实现远距离遥控 答案 见解析 二 霍尔元件的工作原理是什么 霍尔元件就是利用霍尔效应而设计的一个矩形半导体薄片 在其前 后 左 右分别引出一个电极 如图3 4 4所示 沿pq方向通入电流i 垂直于薄片加匀强磁场b 则在mn间会出现电势差为u 设薄片厚度为d pq方向长度为l1 mn方向为l2 薄片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转 使n侧电势高于m侧 造成半导体内部出现电场 带电粒子同时受到电场力作用 当磁场力与电场力平衡时 mn间电势差达到恒定 图3 4 4 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 磁强计是利用霍尔效应测量磁感应强度的仪器 其原理如图3 4 5所示 一块导体高为l 厚为d 分别接有a b c d四个电极 将导体放在如右图所示的匀强磁场中 当a b间通过电流i时 在电极c d接上灵敏度极高的电压表 测得两极间的电势差为u 匀强磁场的磁感应强度b为多少 图3 4 5 三 干簧管是怎样起开关作用的 探究 干簧管内部的两个簧片是软磁性材料做成的 当它附近有磁场存在时 两个簧片被磁化而吸引在一起 接通了电路 当磁场消失后 簧片又失去磁性而断开 所以干簧管是可以用磁场来控制开关的 课堂互动讲练 图3 4 6是一个简单的磁控防盗报警装置 门的上沿嵌入一小块永磁体m 门框内与m相对的位置嵌入干簧管h 并且将干簧管接入图示的电路 睡觉前连接好电路 当盗贼开门时 蜂鸣器就会叫起来 请说明它的工作原理 最好通过实验模拟这个电路的工作 图3 4 6 精讲精析 当门闭着时 永磁体使干簧管接通 斯密特触发器输入端与电源负极相连 处于低电平 则输出端为高电平 故蜂鸣器不发声 当开门时 没有永磁体作用 干簧管不通 斯密特触发器输入端为高电平 则输出端为低电平 则蜂鸣器通电 发声报警 答案 见精讲精析 车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的 为了防止万一 设计了下面的光电自动制动安全电路 只要人手不小心靠近了工件 机器就自动停转 请简述其工作原理 图3 4 7中的a为车床上的电动机 b为随电动机高速转动的工件 c为光源 它发出的光照到光敏电阻d上 e为电磁铁 f为衔铁 g为电源 h为弹簧 图3 4 7 精讲精析 当手在c d间靠近工件时 遮挡住射向光敏电阻的光 光敏电阻的阻值迅速变大 电路中的电流减小 使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁 造成电动机断路 使工件停转以保证安全 答案 见精讲精析 方法总结 光传感器是重要的传感器之一 人们利用硫化镉对可见光敏感的特性 制作路灯自动开关 光照自动调节装置等自控设备 利用某些半导体材料对红外光敏感的特性 制作遥控设备 广泛应用在电视机 录像机 空调 影碟机等家用电器的操作中 由于对红外光敏感的元件对可见光不敏感 用它制作的装置不受可见光影响 因此它的应用十分广泛 如图3 4 8所示 厚度为h 宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为b的均匀磁场中 当电流通过导体板时 在导体板的上侧面a和下侧面a 之间会产生电势差 这种现象称为霍尔效应 实验表明 当磁场不太强时 电势差u 电流i和b的关系为 式中的比例系数k称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下 外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧 在导体板的另一 侧会出现多余的正电荷 从而形成横向电场 横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力 当静电力与洛伦兹力达到平衡时 导体板上下两侧面之间会形成稳定的电势差 设电流i是由电子的定向流动形成的 电子的平均定向速度为v 电荷量为e 回答下列问题 1 达到稳定状态时 导体板上侧面a的电势 下侧面a 的电势 填 高于 低于 或 等于 答案 见自主解答 方法总结 本题是讨论霍尔效应的题目 霍尔元件可以制成多种传感器 由于霍尔元件很小 它可以用来制作探测磁场的探头 还可以应用在其他与磁场有关的自动控制系统中 因而霍尔元件也叫磁敏元件 变式训练 单选 如图3 4 9所示 截面为矩形的金属导体 放在磁场中 当导体中通有图