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 粤教选修32.ppt

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1、第四第四节节用用传传感器制作自控装置感器制作自控装置第五第五节节用用传传感器感器测测磁感磁感应应强强度度2021/8/11 星期三1课标课标定位定位学学习习目目标标：1.了了解解与与传传感感器器技技术术相相关关的的物物理理知知识识，练练习习用用传传感感器制作自器制作自动动装置装置2知知道道什什么么是是磁磁传传感感器器，了了解解霍霍尔尔元元件件的的工工作作原原理及如何用霍理及如何用霍尔尔元件元件测测磁感磁感应应强强度度重点重点难难点：点：1.实验实验的操作的操作2加深加深对传对传感器原理的理解感器原理的理解3干簧管的作用及霍干簧管的作用及霍尔尔元件的工作原理元件的工作原理2021/8/11 星期

2、三2 第五第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2021/8/11 星期三3课前自主学案课前自主学案一、一、应应用光敏用光敏电电阻制作光控自阻制作光控自动动照明灯照明灯电电路路1实验实验目的目的了了解解与与传传感感器器技技术术相相关关的的物物理理知知识识，练练习习用用传传感感器制作自器制作自动动控制装置控制装置2实验实验器材器材二二极极管管VD、晶晶闸闸管管VS、光光敏敏电电阻阻RG、定定值值电电阻阻R(7.5 M)、灯泡、灯泡L、万用表、万用表、导线导线3实验实验原理原理2021/8/11 星期三4图图341由

3、由晶晶闸闸管管VS与与电电灯灯L构构成成主主回回路路，控控制制回回路路由由R与与RG组组成成的的分分压压器器及及二二极极管管VD构构成，如成，如图图341所示所示(1)白白天天自自然然光光较较强强时时，光光敏敏电电阻阻呈呈低低电电阻阻，与与R分分压压后后使使晶晶闸闸管管VS门门电电极极处处于于低低电电平，平，VS关断关断2021/8/11 星期三5(2)当当夜夜幕幕降降临临时时，照照在在RG上上的的自自然然光光减减弱弱，RG呈呈高高电电阻阻，使使VS的的门门电电极极处处于于高高电电平平，VS获获正向触正向触发电压发电压而而导导通，灯通，灯L亮亮(3)改改变变R的的阻阻值值，即即改改变变其其与与

4、RG的的分分压压比比，可可调调整整电电路的起控点路的起控点(4)二极管二极管VD，晶，晶闸闸管管VS的特性的特性二二极极管管：具具有有单单向向导导电电性性当当给给二二极极管管加加正正向向电电压压时时，它它的的阻阻值值很很小小；当当给给二二极极管管加加反反向向电压时电压时，它的，它的电电阻很大阻很大晶晶闸闸管管VS：当当晶晶闸闸管管承承受受反反向向电电压压时时，不不论论门门极极承承受受何何种种电电压压，晶晶闸闸管管都都处处于于关关断断状状态态当当晶晶闸闸管管承承受受正正向向电电压压时时，仅仅在在门门极极承承受受正正向向电压电压情况下晶情况下晶闸闸管才管才导导通通2021/8/11 星期三64实验

5、实验步步骤骤(1)将将多多用用电电表表旋旋钮钮拨拨至至R1 k挡挡，调调零零后后，测测量量电电阻阻R的阻的阻值值，检查检查R是否符合要求是否符合要求(2)将将多多用用电电表表旋旋钮钮拨拨至至R1 k挡挡，调调零零后后，用用两两表表笔笔分分别别接接二二极极管管两两极极，然然后后将将两两表表笔笔位位置置对对调调若若两两次次测测量量结结果果一一次次较较小小，一一次次很很大大，则则二二极极管性能良好管性能良好(3)将将多多用用电电表表旋旋钮钮拨拨至至R1 k挡挡，红红表表笔笔接接晶晶闸闸管管K极极，黑黑表表笔笔同同时时接接通通G、A极极，在在保保持持黑黑表表笔笔不脱离不脱离A极状极状态态下断开下断开G

6、极，指极，指针针指示几十指示几十2021/8/11 星期三7欧欧至至一一百百欧欧，然然后后瞬瞬时时断断开开A极极再再接接通通，若若指指针针指指示示位置，位置，则则表明晶表明晶闸闸管良好管良好(4)按照按照电电路路图图，将各元件，将各元件焊焊接，安装好接，安装好(5)检查检查各元件的各元件的连连接，确保无接，确保无误误(6)接接通通电电源源，观观察察强强光光照照射射光光敏敏电电阻阻时时和和用用黑黑纸纸包裹光敏包裹光敏电电阻阻时时灯泡灯泡L的状的状态态二、磁二、磁传传感器的原理与感器的原理与应应用用1磁磁传传感感器器是是把把_变变成成_，从从而而实实现现对对磁感磁感应应强强度度进进行行测测量的量的

7、2霍霍尔尔元元件件：能能够够把把_这这个个磁磁学学量量转转换换成成_这这个个电电学量的装置学量的装置3用用传传感器感器测测磁感磁感应应强强度度时时，通，通电电螺螺线线管管产产生生_，其方向符合，其方向符合_磁信号磁信号电电信号信号磁感磁感应应强强度度电压电压磁磁场场右手螺旋定右手螺旋定则则2021/8/11 星期三8核心要点突破核心要点突破一、怎一、怎样样理解光控开关的工作原理理解光控开关的工作原理图图342图图342所所示示的的光光控控电电路路用用发发光光二二极极管管LED模模仿仿路路灯灯，RG为为光光敏敏电电阻阻，R1的的最最大大电电阻阻为为51 k，R2为为330.2021/8/11 星

8、期三9当当天天黑黑时时，光光线线变变弱弱，RG电电阻阻变变大大，串串联联电电路路中中RG分分得得电电压压增增大大，二二极极管管LED两两端端电电压压相相应应增增加加，当当电压电压达到一定达到一定值时值时自自动发动发光光黎黎明明时时，光光线线变变强强，RG电电阻阻减减小小，二二极极管管LED两两端端电电压压相相应应降降低低，降降低低到到一一定定值值时时自自动动熄熄灭灭，从从而使而使RG电电路中起到自路中起到自动动控制控制电电路的作用路的作用2021/8/11 星期三10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如如图图343是是红红外外线线遥遥控控接接收收器器，甲甲图图为为外外形

9、形，乙乙图图为为电电路路，电电路路中中G为为红红外外线线接接收收头头OUT，LED为为发发光光二二极极管管，R为为电电阻阻，阻阻值值约约为为510，HTD为为压压电电陶陶瓷瓷喇喇叭叭，当当接接收收头头未未接接收收到到红红外外线线时时，接接收收器器不不发发声声当当用用遥遥控控器器对对准准接接收收头头(30 m以以内内)发发射射红红外外线时线时：图图3432021/8/11 星期三11(1)会会产产生什么生什么现现象？象？(2)接收接收头头的作用原理是什么？的作用原理是什么？解解析析：(1)陶陶瓷瓷喇喇叭叭发发出出响响声声，同同时时发发光光二二极极管管被点亮被点亮(2)接接收收头头G是是接接收收红

10、红外外线线的的当当未未接接收收到到红红外外线线时时，接接收收头头输输出出端端为为高高电电平平，喇喇叭叭不不响响，二二极极管管不不会会发发光光；当当接接收收头头接接收收到到红红外外线线时时，接接收收头头输输入入端端为为高高电电平平，输输出出端端为为低低电电平平，喇喇叭叭会会响响，同同时时二二极极管管会会发发光光此此实实验验是是演演示示红红外外线线能能够够实实现现远远距离遥控距离遥控答案：答案：见见解析解析2021/8/11 星期三12二、霍二、霍尔尔元件的工作原理是什么？元件的工作原理是什么？霍霍尔尔元元件件就就是是利利用用霍霍尔尔效效应应而而设设计计的的一一个个矩矩形形半半导导体体薄薄片片，在

11、在其其前前、后后、左左、右右分分别别引引出出一一个个电电极极，如如图图344所示所示沿沿PQ方向通入方向通入电电流流I，垂直于薄片加匀，垂直于薄片加匀强强磁磁场场B，则则在在MN间间会出会出现电势现电势差差为为U，设设薄片厚度薄片厚度为为d，PQ方方向向长长度度为为l1，MN方向方向为为l2.薄片中的薄片中的带电带电粒子受到磁粒子受到磁场场力作用力作用发发生偏生偏转转，使，使N侧电势侧电势高于高于M侧侧，造成半，造成半导导体内部出体内部出现电场现电场带电带电粒子同粒子同时时受到受到电场电场力作用力作用当磁当磁场场力与力与电场电场力平衡力平衡时时，MN间电势间电势差达到恒差达到恒定定2021/8

12、/11 星期三13图图3442021/8/11 星期三142021/8/11 星期三15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磁磁强强计计是利用霍是利用霍尔尔效效应应测测量量磁磁感感应应强强度度的的仪仪器器其其原原理理如如图图345所所示示，一一块块导导体体高高为为l，厚厚为为d，分分别别接接有有a、b、c、d四四个个电电极极，将将导导体体放放在在如如右右图图所所示示的的匀匀强强磁磁场场中中，当当a、b间间通通过过电电流流I时时，在在电电极极c、d接接上上灵灵敏敏度度极极高高的的电电压压表表，测测得得两两极极间间的的电电势势差差为为U，匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度

13、度B为为多少？多少？图图3452021/8/11 星期三162021/8/11 星期三17三、干簧管是怎三、干簧管是怎样样起开关作用的？起开关作用的？探探究究：干干簧簧管管内内部部的的两两个个簧簧片片是是软软磁磁性性材材料料做做成成的的当当它它附附近近有有磁磁场场存存在在时时，两两个个簧簧片片被被磁磁化化而而吸吸引引在在一一起起，接接通通了了电电路路；当当磁磁场场消消失失后后，簧簧片片又又失失去去磁磁性性而而断断开开，所所以以干干簧簧管管是是可可以以用用磁磁场场来控制开关的来控制开关的2021/8/11 星期三18课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一自自动动控制控制电电路路 图图346是是一一

14、个个简简单单的的磁磁控控防防盗盗报报警警装装置置门门的的上上沿沿嵌嵌入入一一小小块块永永磁磁体体M，门门框框内内与与M相相对对的的位位置置嵌嵌入入干干簧簧管管H，并并且且将将干干簧簧管管接接入入图图示示的的电电路路睡睡觉觉前前连连接接好好电电路路，当当盗盗贼贼开开门门时时，蜂蜂鸣鸣器器就就会会叫叫起起来来请请说说明明它它的的工工作作原原理理，最最好好通通过过实实验验模模拟拟这这个个电电路路的的工作工作例例例例1 1图图3462021/8/11 星期三19【精精讲讲精精析析】当当门门闭闭着着时时，永永磁磁体体使使干干簧簧管管接接通通，斯斯密密特特触触发发器器输输入入端端与与电电源源负负极极相相连

15、连，处处于于低低电电平平，则则输输出出端端为为高高电电平平，故故蜂蜂鸣鸣器器不不发发声声；当当开开门门时时，没没有有永永磁磁体体作作用用，干干簧簧管管不不通通，斯斯密密特特触触发发器器输输入入端端为为高高电电平平，则则输输出出端端为为低低电电平平，则则蜂蜂鸣鸣器器通通电电，发发声声报报警警【答案答案】见见精精讲讲精析精析2021/8/11 星期三20类型二类型二传传感器的感器的创创新与新与设计设计 车车床床在在工工作作时时是是不不允允许许将将手手随随便便接接近近飞飞转转的的工工件件的的，为为了了防防止止万万一一，设设计计了了下下面面的的光光电电自自动动制制动动安安全全电电路路，只只要要人人手手

16、不不小小心心靠靠近近了了工工件件，机机器器就就自自动动停停转转，请请简简述述其其工工作作原原理理(图图347中中的的A为为车车床床上上的的电电动动机机；B为为随随电电动动机机高高速速转转动动的的工工件件；C为为光光源源，它它发发出出的的光光照照到到光光敏敏电电阻阻D上上；E为为电电磁磁铁铁；F为衔铁为衔铁；G为电为电源；源；H为弹为弹簧簧)例例例例2 2图图3472021/8/11 星期三21【精精讲讲精精析析】当当手手在在C、D间间靠靠近近工工件件时时，遮遮挡挡住住射射向向光光敏敏电电阻阻的的光光，光光敏敏电电阻阻的的阻阻值值迅迅速速变变大大，电电路路中中的的电电流流减减小小，使使电电磁磁铁

17、铁磁磁性性减减弱弱从从而而放放开开衔衔铁铁，造造成成电电动动机机断断路路，使使工工件件停停转转以以保保证证安全安全【答案答案】见见精精讲讲精析精析2021/8/11 星期三22【方方法法总总结结】光光传传感感器器是是重重要要的的传传感感器器之之一一，人人们们利利用用硫硫化化镉镉对对可可见见光光敏敏感感的的特特性性，制制作作路路灯灯自自动动开开关关、光光照照自自动动调调节节装装置置等等自自控控设设备备；利利用用某某些些半半导导体体材材料料对对红红外外光光敏敏感感的的特特性性，制制作作遥遥控控设设备备，广广泛泛应应用用在在电电视视机机、录录像像机机、空空调调、影影碟碟机机等等家家用用电电器器的的操

18、操作作中中，由由于于对对红红外外光光敏敏感感的的元元件件对对可可见见光光不不敏敏感感，用用它它制制作作的的装装置不受可置不受可见见光影响，因此它的光影响，因此它的应应用十分广泛用十分广泛2021/8/11 星期三23类型三类型三 霍霍尔尔效效应应 如如图图348所所示示，厚厚度度为为h，宽宽度度为为d的的导导体体板板放放在在垂垂直直于于它它的的磁磁感感应应强强度度为为B的的均均匀匀磁磁场场中中，当当电电流流通通过过导导体体板板时时，在在导导体体板板的的上上侧侧面面A和和下下侧侧面面A之之间间会会产产生生电电势势差差，这这种种现现象象称称为为霍霍尔尔效效应应，实实验验表表明明，当当磁磁场场不不太

19、太强强时时，电电势势差差U、电电流流I和和B的的关关系系为为 ，式式中中的的比比例例系系数数k称称为为霍霍尔尔系系数数霍霍尔尔效效应应可可解解释释如如下下：外外部部磁磁场场的的洛洛伦伦兹兹力力使使运运动动的的电电子聚集在子聚集在导导体板的一体板的一侧侧，在，在导导体板的另一体板的另一例例例例3 32021/8/11 星期三24侧侧会会出出现现多多余余的的正正电电荷荷，从从而而形形成成横横向向电电场场横横向向电电场场对对电电子子施施加加与与洛洛伦伦兹兹力力方方向向相相反反的的静静电电力力当当静静电电力力与与洛洛伦伦兹兹力力达达到到平平衡衡时时，导导体体板上下两板上下两侧侧面之面之间间会形成会形成

20、稳稳定的定的电势电势差差设设电电流流I是是由由电电子子的的定定向向流流动动形形成成的的，电电子子的的平均定向速度平均定向速度为为v，电电荷量荷量为为e.回答下列回答下列问题问题：(1)达达到到稳稳定定状状态态时时，导导体体板板上上侧侧面面A的的电电势势_下下侧侧面面A的的电电势势(填填“高高于于”“”“低低于于”或或“等于等于”)2021/8/11 星期三252021/8/11 星期三262021/8/11 星期三27【答案答案】见见自主解答自主解答【方方法法总总结结】本本题题是是讨讨论论霍霍尔尔效效应应的的题题目目，霍霍尔尔元元件件可可以以制制成成多多种种传传感感器器，由由于于霍霍尔尔元元件

21、件很很小小，它它可可以以用用来来制制作作探探测测磁磁场场的的探探头头，还还可可以以应应用用在在其其他他与与磁磁场场有有关关的的自自动动控控制制系系统统中中，因因而而霍霍尔尔元元件也叫磁敏元件件也叫磁敏元件2021/8/11 星期三28变变式式训训练练(单单选选)如如图图349所所示示，截截面面为为矩矩形形的的金金属属导导体体，放放在在磁磁场场中中，当当导导体体中中通通有有图图示示电电流流时时，导导体上下表面的体上下表面的电势电势有什么关系有什么关系()AUMUN BUMUNCUMUN.2021/8/11 星期三30本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用2021/8/11 星期三312021/8/11 星期三32