物理第四节 利用智能手机中的磁传感器研究磁现象课堂教学ppt课件

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知识点一　光控开关和温度报警器1.光控开关（如图）.
（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.
（6）改变滑动变阻器的滑片位置，重复以上步骤.要想在天更黑一些路灯才会点亮，需要将滑动变阻器的阻值调大一些还是调小一些？通过做实验验证你的结论.2.温度报警器（如图）.
（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电.（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.（6）改变滑动变阻器的滑片位置，分析变阻器的阻值大小和报警的关系.
知识点二　装置原理1.实验目的.（1）了解光控开关和温度报警器的工作原理.（2）练习用传感器制作自动控制设备.2.实验原理.
（1）斯密特触发器，当输入端A的电压逐渐上升到某一值（1.6 V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25 V），甲图中LED发光，乙图中蜂鸣器发声，当输入端A电压下降到某一值（0.8 V）时，输出端Y会从低电平跳到高电平（3.4 V），甲图中LED熄灭，乙图中蜂鸣器停止发声.
（2）甲图中当光线较强，RG变小，给A点提供低电平，光线暗时，RG变大，A点为高电平.（3）乙图中温度正常，RT较大，A点为低电平，温度升高到一定值，RT减小到一定值，A点为高电平.（4）可以调节R1，使不同光线或温度条件下A点获得高电平或低电平.3.实验器材.（1）光控开关实验：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 kΩ）、电阻R2（330 Ω）、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源（5 V）、导线若干、黑纸.（2）温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1（最大阻值1 kΩ）、集成电路实验板、直流电源（5 V）、导线若干、烧杯（盛有热水）.
知识点三　智能手机中的磁传感器研究磁现象多数智能手机中都配有磁传感器，其测量范围一般为－810～810 μT，并能够测量磁场x、y、z三个坐标轴分量的磁感应强度，满足对常见磁场的测量.通过安装相关应用软件，可以对各类磁现象进行探索与研究.
小试身手1.（多选）如图是温度报警器的电路示意图，下面对此电路的分析正确的是（　　）A.当RT的温度升高时，其阻值减小，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，其阻值减小，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
2.传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是（　　）A.生物传感器　　　B.红外传感器 C.温度传感器 D.压力传感器
探究一　报警系统的电路1.门窗防盗报警装置.门窗防盗报警装置具有自动提示报警的功能.在睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置.当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；当门窗被打开时，蜂鸣器发出声音警报，指示灯灭.2.实验器材和装置.（1）干簧管SA：起传感器和控制开关的作用，其中作为传感器的作用是把门（一般固定小磁体）和门框（固定电路其他部分器材）的相对位置这一非电学量转化为电路的通断.
（2）继电器：作为执行装置，起到自动的双向开关作用.干簧管两簧片在小磁体磁场作用下接通时，继电器线圈起到电磁铁的作用，衔铁带动开关接通发光二极管电路工作；门和门框分离时，继电器失磁，衔铁带动开关接通蜂鸣器电路工作.（3）发光二极管LED：具有单向导电性，在导电时发光作为正常的工作提示.（4）电阻R：作为发光二极管的限流电阻，起保护作用.（5）蜂鸣器H：作为报警提醒.3.电路图.门窗防盗报警装置电路图如图所示.
4.电路工作原理.闭合电路开关S，系统处于防盗状态.当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K，使继电器工作.继电器的动触点c与常开触点a接通，发光二极管LED发光，显示电路处于正常工作状态.当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电.继电器的动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警.5.实验操作.（1）连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作.用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动作.（2）确定各元件可以正常工作后，按照如图所示电路图连接电路.（3）接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象.
【典例1】　现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）.滑动变阻器R2（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干.在室温下对系统进行调节.已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.（1）完成待调节的报警系统原理电路图的连线.
（2）电路中应选用滑动变阻器　　　　（填“R1”或“R2”）.（3）按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为　　　　 Ω；滑动变阻器的滑片位置于　　　　（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________________________.②将开关向　　　　（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_________________________________________.（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用.
解析：（1）电路图连接如图.
（2）报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic（R滑＋R热），代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2.
（3）①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a
1.如图所示是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，电磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触.若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在　　　　位置，绿灯泡应安在　　　　位置.（选填“A”或“B”）
解析：水位较低时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置；当高出一定水位时，线圈中有电流，电磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应为红灯亮，所以红灯泡应安在B位置.
探究二　光控开关1.光控开关.光控路灯可以根据光照的变化自动开启或关闭.2.实验器材和装置.（1）三极管VT：是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关.三极管由三个电极组成，分别是发射极e、基极b和集电极c，有NPN型和PNP型两种.从基极输入一个较小的电流，就会在集电极获得较大的电流.（2）可调电阻R1：调整设定电路对周边光亮度的反应，在电路中能够控制三极管的基极电流.（3）光敏电阻RG：光敏电阻随光照强度的减小而增大，将光学量（光照强度）转变为电学量（电压）.
（4）发光二极管LED：模仿路灯.R2为发光二极管的限流电阻.（5）继电器：为了驱动更大功率的负载，如采用小灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启动、关闭供电电路.如图乙中K为继电器的线圈，S为它的常开触点，并联二极管D，以提供继电器线圈产生的自感电流释放的通路，从而不至于损坏三极管.3.电路图.实验电路如图所示.
4.电路工作原理.当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L不亮.当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯泡L.
特别提醒问：图甲所示电路中，要使天更暗些才点亮路灯（发光二极管发光），为什么要使R1的阻值调得更大些？答：发光二极管电路接通前，电源、R1和光敏电阻RG组成的回路中，R1和RG串联，其电压分配与阻值大小成正比；三极管基极与发射极电势差等于RG两端电压.光敏电阻的阻值随光照强度的减小而增大.假设某光照条件下三极管恰好导通，二极管发光；若增大R1的阻值，RG只有对应比例增大，即天更暗些，三极管才会连接导通，保证发光二极管电路导通.
5.实验操作.（1）按电路图甲、乙所示连接电路，检查无误后，接通电源.（2）让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光.（3）遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED或小灯泡L发光.（4）让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED或小灯泡L熄灭.
【典例2】　光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，如图所示为其模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯.试简述其工作原理.
解析：开关合上后，白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极，使电路接通，电磁铁中的强电流将衔铁吸下，照明电路断开，灯泡不亮.夜晚，光电管中无电子逸出，电路断开，弹簧将衔铁拉上，照明电路接通，这样就达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果.
2.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源连成电路如图所示，制成光电报警装置.当报警器有光照射时，蜂鸣器发声；当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小.②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图所示.当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态.电路已经连接一部分，请将电路完整连接好.
解析：电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路；而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路.当有光照时，光敏电阻变小，使得干簧管继电器开关存在磁场，导致开关接通，最终使得蜂鸣器发声.