物理选修3-2人教新课标64传感器的应用实例课件.ppt

1、1传感器传感器1 传感器2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，练习用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作原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2 课标定位学习目标：重点难点：3课前自主学案课前自主学案一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路一、应用光敏电阻制作光控自动

2、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，练习用传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感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、定值电阻阻R(7.5 M)、灯泡、灯泡L、万用表、导线、万用表、导线3实验原理实验原理3 课前自主学案一、应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路4图图341由晶闸管由晶闸管VS与电灯与电灯L构成构成主回路，控制回路由主回路，控制回路由R与与RG组成的分压器及二极管组成的分压器及二极管VD构成，如图构成，如图341所所示示(1)白天自然光较强时，光白天自然光较强时，光

3、敏电阻呈低电阻，与敏电阻呈低电阻，与R分分压后使晶闸管压后使晶闸管VS门电极处门电极处于低电平，于低电平，VS关断关断4 图3 4 1 由晶闸管V S 与电灯L 构成主回路，控制回路由R 与5(2)当夜幕降临时，照在当夜幕降临时，照在RG上的自然光减弱，上的自然光减弱，RG呈高电阻，使呈高电阻，使VS的门电极处于高电平，的门电极处于高电平，VS获正向触发电压而导通，灯获正向触发电压而导通，灯L亮亮(3)改变改变R的阻值，即改变其与的阻值，即改变其与RG的分压比，的分压比，可调整电路的起控点可调整电路的起控点(4)二极管二极管VD，晶闸管，晶闸管VS的特性的特性二极管：具有单向导电性当给二极管加

4、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，它的电阻很大反向电压时，它的电阻很大晶闸管晶闸管VS：当晶闸管承受反向电压时，不：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受正向电压情况下晶闸管才导通5(2)当夜幕降临时，照在R G 上的自然光减弱，R G 呈高电阻，64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，调零后，测挡，调零后，测

5、量电阻量电阻R的阻值，检查的阻值，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，调零后，用挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置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，对调若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好则二极管性能良好(3)将多用电表旋钮拨至将多用电表旋钮拨至R1 k挡，红表笔接晶挡，红表笔接晶闸管闸管K极，黑表笔同时接通极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑极，在保持黑表笔不脱离表笔不脱离A极状态下断开极状态下断开G极，指针指示几极，指针指示几十十6 4 实验步骤7欧至一百欧，然后瞬

6、时断开欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指极再接通，若指针指示针指示位置，则表明晶闸管良好位置，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纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态的状态二、磁传感器的原理与应用二、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，从而实现对磁感应强度进行测量的实现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_这个磁学量这个磁学量转换成转换成_

7、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，通电螺线管产用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生生_，其方向符合，其方向符合_磁信磁信号号电信电信号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7 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8核心要点突破核心要点突破一、怎样理解光控开关的工作原理一、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的最大电的最大电阻为阻为51 k，R2为为330.8 核心要点突破一、怎样理解光控开关的工作原理图

8、3 4 29当天黑时，光线变弱，当天黑时，光线变弱，RG电阻变大，串联电电阻变大，串联电路中路中RG分得电压增大，二极管分得电压增大，二极管LED两端电压两端电压相应增加，当电压达到一定值时自动发光相应增加，当电压达到一定值时自动发光黎明时，光线变强，黎明时，光线变强，RG电阻减小，二极管电阻减小，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使熄灭，从而使RG电路中起到自动控制电路的电路中起到自动控制电路的作用作用9 当天黑时，光线变弱，R G 电阻变大，串联电路中R G 分得电压增10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

9、如图如图343是红外线遥控接收器，甲图为外是红外线遥控接收器，甲图为外形，乙图为电路，电路中形，乙图为电路，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，阻值约为为电阻，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线时，接收器不发声当用遥控器对准接收头(30 m以内以内)发射红外线时：发射红外线时：图图3431 0 即时应用(即时突破，小试牛刀)图3 4 311(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：(

10、1)陶瓷喇叭发出响声，同时发光二极陶瓷喇叭发出响声，同时发光二极管被点亮管被点亮(2)接收头接收头G是接收红外线的当未接收到红外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线能够实现远距离遥控答案：答案：见解析见解析1 1(1)会产生什么现象？12二、霍尔元件的工作原理是什么？二

11、、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、右分别引出形半导体薄片，在其前、后、左、右分别引出一个电极，如图一个电极，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，则在则在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方向长度为方向长度为l1，MN方向为方向为l2.薄片中的带电粒薄片中的带电粒子受到磁场力作用发生偏转，使子受到磁场力作用发生偏转，使N侧电势高于侧电势高于M侧，造成半导体内部出现电场带电粒子同时侧，造成半导体内

12、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，受到电场力作用当磁场力与电场力平衡时，MN间电势差达到恒定间电势差达到恒定1 2 二、霍尔元件的工作原理是什么？13图图3441 3 图3 4 4141 415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其原理如图测量磁感应强度的仪器其原理如图345所所示，一块导体高为示，一块导体高为l，厚为，厚为d，分别接有，分别接有a、b、c、d四个电极，将导体放在如右图所示的匀强磁场四个电极，将导体放在如右图所示的匀强磁场中，当中，当a、b间通过电流间通过电流I时，在电极

13、时，在电极c、d接上灵接上灵敏度极高的电压表，测得两极间的电势差为敏度极高的电压表，测得两极间的电势差为U，匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度B为多少？为多少？图图3451 5 即时应用(即时突破，小试牛刀)图3 4 5161 617三、干簧管是怎样起开关作用的？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，所以干簧管是可后，簧片又失去磁性而断开，所

14、以干簧管是可以用磁场来控制开关的以用磁场来控制开关的1 7 三、干簧管是怎样起开关作用的？18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门的上沿嵌入一小块永磁体置门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与，门框内与M相对的位置嵌入干簧管相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图，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，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请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作路的工作图图3461 8 课堂互

15、动讲练类型一自动控制电路 图319【精讲精析精讲精析】当门闭着时，永磁体使干簧管当门闭着时，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，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，发声报警为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警【答案答案】见精讲精析见精讲精析1 9【精讲精析】当门闭着时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发20传感器的创新与

16、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，请简述其工作原工件，机器就自动停转，请简述其工作原理理(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为为随电动机高速转动的工件；随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的为光源，它发出的光照到光敏电阻光照到光敏电阻D上；上；E为电磁铁；为电磁铁；F为衔铁；为衔铁；G为电源；为电源；H为弹簧为弹簧)图图3472

17、0 类型二传感器的创新与设计 车床在工21【精讲精析精讲精析】当手在当手在C、D间靠近工件时，间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值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工件停转以保证安全【答案答案】见精讲精析见精讲精析2 1【精讲精析】当手在C、D 间靠近工件时，遮挡住射向光敏电22【方法总结方法总结】光传感器是重要的传感器之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，一，人们利用硫化镉对可见

18、光敏感的特性，制作路灯自动开关、光照自动调节装置等自制作路灯自动开关、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、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，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，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，因此它的用它制作的装置不受可见光影响，因此它的应用十分广泛应用十分广泛2 2【方法总结】光传感器是重要的传感器之一，人们利用硫化镉23 霍尔效应霍尔效应 如图如图348

19、所示，厚度为所示，厚度为h，宽度为，宽度为d的的导体板放在垂直于它的磁感应强度为导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面面A和下侧面和下侧面A之间会产生电势差，这种现象之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差电势差U、电流、电流I和和B的关系为的关系为 ，式中的，式中的比例系数比例系数k称为霍尔系数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，在导体板的运动

20、的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一另一2 3 类型三 霍尔效应 如图3 4 824侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电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平衡时，导体板上下两侧面之间会形成稳定的电势差定的电势差设电流设电流I是由电子的定向流动形成的，电子是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为的平均定向速度为v，电荷量为，电荷量为e.回答下列回答下列问题：问题：(1)达到稳定状态时，导体板上侧面达到稳定状态时，导

21、体板上侧面A的电的电势势_下侧面下侧面A的电势的电势(填填“高于高于”“低低于于”或或“等于等于”)2 4 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252 5262 627【答案答案】见自主解答见自主解答【方法总结方法总结】本题是讨论霍尔效应的题目，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，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统中，因而霍尔元件也叫磁敏元件2 7【答案】见自主解答28变式训练变式训练(单选单选)如图如图349所示，截面为矩所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有图示电流时，导体上下表面的电势有什么关图示电流时，导体上下表面的电势有什么关系系()AUMUN BUMUNCUMUN.2 9 解析：选A.霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到