2012高二物理课件 3.4 用传感器制作自控装置、3.5 用传感器测磁感应强度 （粤教版选修3-2）.ppt

第四节第四节 用传感器制作自控装置用传感器制作自控装置 第五节第五节 用传感器测磁感应强度用传感器测磁感应强度 课标定位课标定位 学习目标：学习目标：1.了解与传感器技术相关的物理知识了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感练习用传感器制作自动装置器制作自动装置 2知道什么是磁传感器知道什么是磁传感器，了解霍尔元件的工作原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理及如何用霍尔元件测磁感应强度 重点难点：重点难点：1.实验的操作实验的操作 2加深对传感器原理的理解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干簧管的作用及霍尔元件的工作原理 第第五五节节 核心要点突破核心要点突破 课堂互动讲练课堂互动讲练 知能优化训练知能优化训练 课前自主学案课前自主学案 课标定位课标定位 课前自主学案课前自主学案 一一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路 1实验目的实验目的 了解与传感器技术相关的物理知识了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感练习用传感器制作自动控制装置器制作自动控制装置 2实验器材实验器材 二极管二极管VD、晶闸管晶闸管VS、光敏电阻光敏电阻RG、定值电阻定值电阻R(7.5 M)、灯泡灯泡L、万用表万用表、导线导线 3实验原理实验原理 图图341 由晶闸管由晶闸管VS与电灯与电灯L构成主构成主回路回路，控制回路由控制回路由R与与RG组组成的分压器及二极管成的分压器及二极管VD构构成成，如图如图341所示所示(1)白天自然光较强时白天自然光较强时，光光敏电阻呈低电阻敏电阻呈低电阻，与与R分压分压后使晶闸管后使晶闸管VS门电极处于门电极处于低电平低电平，VS关断关断(2)当夜幕降临时当夜幕降临时，照在照在RG上的自然光减弱上的自然光减弱，RG呈高电阻呈高电阻，使使VS的门电极处于高电平的门电极处于高电平，VS获正获正向触发电压而导通向触发电压而导通，灯灯L亮亮(3)改变改变R的阻值的阻值，即改变其与即改变其与RG的分压比的分压比，可可调整电路的起控点调整电路的起控点(4)二极管二极管VD，晶闸管晶闸管VS的特性的特性 二极管：具有单向导电性二极管：具有单向导电性当给二极管加正当给二极管加正向电压时向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向它的阻值很小；当给二极管加反向电压时电压时，它的电阻很大它的电阻很大 晶闸管晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时：当晶闸管承受反向电压时，不论不论门极承受何种电压门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状晶闸管都处于关断状态态当晶闸管承受正向电压时当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通正向电压情况下晶闸管才导通 4实验步骤实验步骤(1)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1 k挡挡，调零后调零后，测量测量电阻电阻R的阻值的阻值，检查检查R是否符合要求是否符合要求(2)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1 k挡挡，调零后调零后，用两用两表笔分别接二极管两极表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对然后将两表笔位置对调调若两次测量结果一次较小若两次测量结果一次较小，一次很大一次很大，则二则二极管性能良好极管性能良好(3)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1 k挡挡，红表笔接晶闸红表笔接晶闸管管K极极，黑表笔同时接通黑表笔同时接通G、A极极，在保持黑表笔在保持黑表笔不脱离不脱离A极状态下断开极状态下断开G极极，指针指示几十指针指示几十 欧至一百欧欧至一百欧，然后瞬时断开然后瞬时断开A极再接通极再接通，若指针指若指针指示示位置位置，则表明晶闸管良好则表明晶闸管良好(4)按照电路图按照电路图，将各元件焊接将各元件焊接，安装好安装好(5)检查各元件的连接检查各元件的连接，确保无误确保无误(6)接通电源接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡包裹光敏电阻时灯泡L的状态的状态 二二、磁传感器的原理与应用磁传感器的原理与应用 1磁传感器是把磁传感器是把_变成变成_，从而实现从而实现对磁感应强度进行测量的对磁感应强度进行测量的 2霍尔元件：能够把霍尔元件：能够把_这个磁学量转这个磁学量转换成换成_这个电学量的装置这个电学量的装置 3用传感器测磁感应强度时用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生通电螺线管产生 _，其方向符合其方向符合_ 磁信号磁信号 电信号电信号 磁感应强度磁感应强度 电压电压 磁场磁场 右手螺旋定则右手螺旋定则 核心要点突破核心要点突破 一一、怎样理解光控开关的工作原理怎样理解光控开关的工作原理 图图342 图图342所示的光控电路用发光二极管所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯模仿路灯，RG为光敏电阻为光敏电阻，R1的最大电阻为的最大电阻为51 k，R2为为330.当天黑时当天黑时，光线变弱光线变弱，RG电阻变大电阻变大，串联电路中串联电路中RG分得电压增大分得电压增大，二极管二极管LED两端电压相应增加两端电压相应增加，当电压达到一定值时自动发光当电压达到一定值时自动发光 黎明时黎明时，光线变强光线变强，RG电阻减小电阻减小，二极管二极管LED两两端电压相应降低端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭降低到一定值时自动熄灭，从从而使而使RG电路中起到自动控制电路的作用电路中起到自动控制电路的作用 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1如图如图343是红外线遥控接收器是红外线遥控接收器，甲图为外形甲图为外形，乙图为电路乙图为电路，电路中电路中G为红外线接收头为红外线接收头OUT，LED为发光二极管为发光二极管，R为电阻为电阻，阻值约为阻值约为510，HTD为为压电陶瓷喇叭压电陶瓷喇叭，当接收头未接收到红外线时当接收头未接收到红外线时，接收接收器不发声器不发声当用遥控器对准接收头当用遥控器对准接收头(30 m以内以内)发射发射红外线时：红外线时：图图343(1)会产生什么现象会产生什么现象？(2)接收头的作用原理是什么接收头的作用原理是什么？解析：解析：(1)陶瓷喇叭发出响声陶瓷喇叭发出响声，同时发光二极管被同时发光二极管被点亮点亮(2)接收头接收头G是接收红外线的是接收红外线的当未接收到红外线当未接收到红外线时时，接收头输出端为高电平接收头输出端为高电平，喇叭不响喇叭不响，二极管二极管不会发光；当接收头接收到红外线时不会发光；当接收头接收到红外线时，接收头输接收头输入端为高电平入端为高电平，输出端为低电平输出端为低电平，喇叭会响喇叭会响，同同时二极管会发光时二极管会发光此实验是演示红外线能够实现此实验是演示红外线能够实现远距离遥控远距离遥控 答案：答案：见解析见解析 二二、霍尔元件的工作原理是什么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导体薄片，在其前在其前、后后、左左、右分别引出一个电极右分别引出一个电极，如图如图344所示所示 沿沿PQ方向通入电流方向通入电流I，垂直于薄片加匀强磁场，垂直于薄片加匀强磁场B，则，则在在MN间会出现电势差为间会出现电势差为U，设薄片厚度为，设薄片厚度为d，PQ方方向长度为向长度为l1，MN方向为方向为l2.薄片中的带电粒子受到磁薄片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转，使场力作用发生偏转，使N侧电势高于侧电势高于M侧，造成半侧，造成半导体内部出现电场带电粒子同时受到电场力作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，用当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到间电势差达到恒定恒定 图图344 qUl2qvB，再根据电流的微观解释，再根据电流的微观解释 InqSvnql2dv 整理后，得整理后，得 UIBnqd.令令 k1nq，因为，因为n 为材料单位体积的带电粒子个数，为材料单位体积的带电粒子个数，q 为单个为单个带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以带电粒子的电荷量，它们均为常数，所以 UkIBd，U 和和 B 成正比，这就是为什么霍尔成正比，这就是为什么霍尔元件能把磁学量转换成电学量的原因了元件能把磁学量转换成电学量的原因了 即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2磁强计是利用霍尔效应磁强计是利用霍尔效应 测量磁感应强度的仪器测量磁感应强度的仪器其原理如图其原理如图345所示所示，一块导体高为一块导体高为l，厚为厚为d，分别接有分别接有a、b、c、d四个四个电极电极，将导体放在如右图所示的匀强磁场中将导体放在如右图所示的匀强磁场中，当当a、b间通过电流间通过电流I时时，在电极在电极c、d接上灵敏度极高的电接上灵敏度极高的电压表压表，测得两极间的电势差为测得两极间的电势差为U，匀强磁场的磁感匀强磁场的磁感应强度应强度B为多少为多少？图图345 解析：解析：当当 c、d 两极间的电势差恒为两极间的电势差恒为 U 时，时，设设 c、d 两极间的电场强度为两极间的电场强度为 E，则，则 UEl，因此时导体中的自由电荷受到的电场力与洛因此时导体中的自由电荷受到的电场力与洛伦兹力平衡，故伦兹力平衡，故 qEBqv，v 为自由电荷的为自由电荷的定向移动速度所以定向移动速度所以 BEvUlv.设导体中单设导体中单位体位体积内的自由电荷数为积内的自由电荷数为 n，则电流，则电流 InqSv，而，而 Sld，所以，所以 vInqld，故，故 BnqUdI.由上式可知由上式可知 BU，即只要将装置先在已知，即只要将装置先在已知磁场中定出标度，就可以通过测定磁场中定出标度，就可以通过测定 U 来确定来确定磁感应强度磁感应强度 B 的大小的大小 答案：答案：nqUdI 三三、干簧管是怎样起开关作用的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探究：干簧管内部的两个簧片是软磁性材料做成的成的当它附近有磁场存在时当它附近有磁场存在时，两个簧片被磁化两个簧片被磁化而吸引在一起而吸引在一起，接通了电路；当磁场消失后接通了电路；当磁场消失后，簧簧片又失去磁性而断开片又失去磁性而断开，所以干簧管是可以用磁场所以干簧管是可以用磁场来控制开关的来控制开关的 课堂互动讲练课堂互动讲练 自动控制电路自动控制电路 图图346是一个简单的磁控防盗报警装是一个简单的磁控防盗报警装置置门的上沿嵌入一小块永磁体门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与门框内与M相对相对的位置嵌入干簧管的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电并且将干簧管接入图示的电路路睡觉前连接好电路睡觉前连接好电路，当盗贼开门时当盗贼开门时，蜂鸣器就蜂鸣器就会叫起来会叫起来 请说明它的工作原理请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路最好通过实验模拟这个电路的工作的工作 例例1 图图346【精讲精析精讲精析】当门闭着时当门闭着时，永磁体使干簧管接通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斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平处于低电平，则输出端为高电平则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用没有永磁体作用，干簧管不通干簧管不通，斯密特触发器输入斯密特触发器输入端为高电平端为高电平，则输出端为低电平则输出端为低电平，则蜂鸣器通电则蜂鸣器通电，发声报警发声报警【答案答案】见精讲精析见精讲精析 传感器的创新与设计传感器的创新与设计 车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的工件的，为了防止万一为了防止万一，设计了下面的光电自动制设计了下面的光电自动制动安全电路动安全电路，只要人手不小心靠近了工件只要人手不小心靠近了工件，机器就机器就自动停转自动停转，请简述其工作原理请简述其工作原理(图图347中的中的A为车床上的电动机；为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；为随电动机高速转动的工件；C为光源为光源，它发出的光照到光敏电阻它发出的光照到光敏电阻D上；上；E为电磁为电磁铁；铁；F为衔铁；为衔铁；G为电源；为电源；H为弹簧为弹簧)例例2