测控指导20152016学年高二物理人教版选修32课件63_实验传感器的应用

3 实验:传感器的应用,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,光控开关 二极管具有单向导电性,而发光二极管(如图所示)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1.8 V。 同学在业余条件下可以使用多用表测试发光二极管性能的好坏,请说明操作步骤。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.实验目的 了解光控开关电路及控制原理,练习组装光控开关。 2.实验器材 斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 k)、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。 3.实验原理 (1)电路如图所示。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(2)斯密特触发器的工作原理:斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候,Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)。 (3)光控开关的原理: 甲图:白天,光强度较大,光敏电阻RG阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;当天色暗到一定程度时,RG阻值增大到一定值,斯密特触发器的输入端A的电压上升到1.6 V,输出端Y突然从高电平跳到低电平,则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了);天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到0.8 V时,输出端Y突然由低电平跳到高电平,二极管LED熄灭。这样就达到了使路灯天明自动熄灭、天暗自动开启的目的。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,乙图:控制电路原理:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈J中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈J,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈J中不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4.实验步骤 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 (2)检查各元件的连接,确保无误。 (3)接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。 (4)用黑纸渐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。 (5)渐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。 5.实验注意事项 (1)安装前,对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。 (2)二极管连入电路时,极性不能反接,否则继电器不能正常工作。 (3)要想天暗时路灯不会亮,应该把R1的阻值调大些。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,6.装置的调整 要想在天更暗时路灯才会点亮,应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6 V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗。 R1和RG为分压电阻,其两端电压与其电阻成正比,所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题1】 用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图如图所示,试说明其工作原理。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通。 天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈F,电磁继电器工作,接通工作电路,使照明灯自动开启。 天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈F不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路的电源,照明灯熄灭。 答案:见解析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练1 一路灯控制装置如图所示,RG为光敏电阻,光照射RG时,RG变小。白天时,继电器J两端电压是较大还是较小?要使路灯比平时早一些时间亮起来,应如何调节R1?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,温度报警器 使用多用电表的“欧姆”挡,还可以观察热敏电阻的一些特性。如图所示,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,然后进行欧姆调零,再将电表的两支表笔与一热敏电阻Rt(温度升高,阻值减小)的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精,表针将向 (选填“左”或“右”)移动;若用吹风机将热风吹向电阻,表针将向 (选填“左”或“右”)移动。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.实验目的 了解温度报警器及控制原理,练习组装温度报警器。 2.实验器材 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。 3.实验原理,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(1)电路如图所示。 (2)工作原理:常温下,调节R1的阻值使斯密特触发器输入端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的电压升高,当达到某一值(高电平)时,其输出端Y由高电平跳到低电平,蜂鸣器通电,从而发出报警声。R1的阻值不同,则报警温度不同,可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4.实验步骤 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 (2)检查各元件的连接,确保无误。 (3)接通电源,调节电阻R1,使蜂鸣器常温下不发声。 (4)将热敏电阻放入热水中,注意蜂鸣器是否发声。 (5)将热敏电阻从热水中取出,注意蜂鸣器是否发声。 5.实验注意事项 (1)安装前对器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。 (2)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应减小R1的阻值,R1的阻值越小,要使斯密特触发器输入端达到高电平,则热敏电阻要越小,即温度越高。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】如图是一个火灾报警装置的逻辑电路图。RT是一个热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值很小,R是一个阻值较小的分压电阻。 (1)要做到低温时电铃不响,火灾时产生高温,电铃响起,在图中虚线处应接入怎样的元件? (2)为什么温度高时电铃会被接通? (3)为了提高该电路的灵敏度,即报警温度调得稍低些,R的值应大一些还是小一些?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:(1)当环境温度较低时,RT的阻值很大,R比RT小得多,因此P、X之间电压较大。要求此时电铃不发声,表明输出给电铃的电压应该较小,所以题图中虚线处的元件输入与输出相反,可见虚线处元件应是“非”门。 (2)当环境温度变高时,RT阻值减小,P、X之间电压降低,输入低电平时,从“非”门输出的是高电平,电铃响起。 (3)由前面分析可知,若R较大,由于它的分压作用,RT两端的电压不太高,即外界温度不太高时,就能使P、X之间电压降到低电压,输入低电平,电铃就能发声。因此R越大,电路灵敏度越高。 答案:见解析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2 导学号01150125(多选)如图是温度报警器电路示意图,下列对此电路的分析正确的是( ) A.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声 B.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声 C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声 D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:当RT温度升高时,电阻减小,A端电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,蜂鸣器导通发出警报,A错,B对。当增大R1时,A端电势升高到某一数值,Y端电势突然降低,电流通过蜂鸣器,发出报警声,C对,D错。 答案:BC,1 2 3 4 5,1.某市为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制。这是利用半导体的( ) A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三种特性都利用了 解析:题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性,故B正确。 答案:B,1 2 3 4 5,2.(多选)如图所示,一个逻辑电平检测电路,A与被测点相接,则 ( ) A.A为低电平,LED发光 B.A为高电平,LED发光 C.A为低电平,LED不发光 D.A为高电平,LED不发光 解析:A为低电平时,Y为高电平,LED的电压小,不发光;A为高电平时,Y为低电平,LED的电压大,发光,故B、C正确。 答案:BC,1 2 3 4 5,3.(多选)在光控电路实验中,某同学按课本中的电路图将元件安装完毕后,将装置置于黑暗环境中,接通电源,灯泡不发光,原因可能是( ) A.二极管两极接反 B.电阻R与光敏电阻位置颠倒 C.电阻R阻值太小 D.灯泡被断路 解析:若二极管两极接反,则无论斯密特触发器的输出端输出的是低电平或高电平,二极管都不导通,所以灯泡不发光,所以A正确。若电阻R与光敏电阻位置颠倒,则光线较强时,光敏电阻阻值小,电阻R上电压较高,斯密特触发器输出低电平,小灯泡发光,而夜晚时,光敏电阻阻值大,电阻R上电压较低,斯密特触发器输出高电平,小灯泡不亮,B正确。若电阻R阻值太小,光敏电阻的阻值会一直较高而使斯密特触发器输出低电平,灯泡一直处于发光状态,C错误。若灯泡断路时,则不会发光,D正确。 答案:ABD,1 2 3 4 5,4.(多选)计算机光驱的主要组成部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘信息时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( ) A.当有光照射R1时,处理系统获得高电压 B.当有光照射R2时,处理系统获得低电压 C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次,1 2 3 4 5,解析:R1是光敏电阻,当有光照射时,R1的阻值变小,R2上的电压变大,信号处理系统获得高电压。由题意知,当激光头发射脉冲光信号,光脉冲等于零时,信号处理系统获得低电压,这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字,实现自动计数功能,故A、D正确。 答案:AD,1 2 3 4 5,5.导学号0115