2020-2021学年高中物理-第六章-传感器-3-实验：传感器的应用(2)教案-新人教版选修3-2.doc

2020-2021学年高中物理 第六章 传感器 3 实验：传感器的应用（2）教案 新人教版选修3-2

2020-2021学年高中物理 第六章 传感器 3 实验：传感器的应用（2）教案 新人教版选修3-2

年级：
姓名：

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第4节 传感器的应用实验
教学目标：
1、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.
2、知道晶体三极管的放大特性.
3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用.
4、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用.
教学重点：
1、了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。
2、会自己动手制作光控开关
教学难点：光控电路的工作原理。
教学方法：PPT课件，演示实验，讲授，仿真实验，学生分组实验
教学用具：PPT课件，比较器、光敏电阻、发光二级管，proteus软件等
教学过程：
一、引入新课
1、导语：随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如路边的路灯天黑的时候自动点亮、温度报警器、孵小鸡用的恒温箱、路灯的自动控制、银行门口的自动门等，都用到了传感器．传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大，处理均是通过电子元件组成的电路来完成的．同学们你们知道怎么设计光控开关吗？老师课前制作了一个光控开关。
2、播放课前录制光控开关工作视频，引起学生的兴趣。
你们能自己动手组装光控开关吗。桌面上有些一些供你们选择的元器件。我们一起来认识一下：
二、讲授新知
1、元器件认识
（1）二极管：普通二极管具有单向导电性
发光二极管除了具有单向导电性外，有的导电时还能发光。正向电压要大于1.8V。

(2)光敏电阻：电阻随着光照强度的增大而减小

(3)施密特触发器：斯密特触发器是具有特殊功能的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时，Y输出端会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输入端A点电压下降到另一个值0.8V，Y会从低电平跳到高电平3.4V.斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行光控所需要的。

图一 一般比较器 图二施密特触发器
(4)集成电路实验板：又称面包板
（5）定值电阻和可变电阻：

2、实验原理及仿真效果
（1）原理:如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为 330 kΩ，试分析其工作原理．
工作原理：白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，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的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端 A的电压上升到某个值（1.6V），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），这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的.
（2）仿真效果展示：
（二） 学生分组实验设计，观察实验现象
（三） 展示与点评设计作品
（四） 想一想 动动手
1. 猜想：要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？
2. 验证猜想：学生在设计好的电路上调试。
3. 得出结论：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1.6V），就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗。
（五）补充知识
问题：用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？
分析：由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭工作电路．
如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．试分析电磁继电器的工作原理．
分析：当线圈 A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动触点D向下与E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路．
问题：说明控制电路的工作原理。
分析：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A，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A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．

（六）、课后兴趣拓展
做一做：根据以下原理图设计一个温度报警器，并于下节课进行作品展示。

想一想：怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？