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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-2選修三3.3《生活中的傳感器》WORD教案1 【教學(xué)目標(biāo)】 1．知識(shí)與技能： （1）、知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性。 （2）、知道晶體三極管的放大特性。 (3)、掌握邏輯電路的基本知識(shí)和基本應(yīng)用。 2．過程與方法： 通過實(shí)驗(yàn)的方法，讓學(xué)生在組裝和調(diào)試中，更為深入地認(rèn)識(shí)傳感器的應(yīng)用。 3．情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，倡導(dǎo)以創(chuàng)新為主，實(shí)踐為重的素質(zhì)教育理念。 【教學(xué)重點(diǎn)】：傳感器的應(yīng)用實(shí)例。 【教學(xué)難點(diǎn)】：由門電路控制的傳感器的工作原理。 【教學(xué)方法】：PPT課件，演示實(shí)驗(yàn)，講授 【教學(xué)用具】：斯密特觸發(fā)器或非門電路，二極管，三極管，蜂鳴器，滑線變阻器，熱敏電阻，光敏電阻。 【教學(xué)過程】 一、引入新課 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了溫度傳感器、光傳感器及其工作原理。請(qǐng)大家回憶一下我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？ 學(xué)生思考后回答：電飯鍋，測(cè)溫儀，鼠標(biāo)器，火災(zāi)報(bào)警器 這節(jié)課我們將結(jié)合簡(jiǎn)單邏輯電路中的知識(shí)學(xué)習(xí)由門電路以及傳感器控制的電路問題。 二、進(jìn)行新課 在我們學(xué)習(xí)這些知識(shí)之前，先要學(xué)習(xí)一些相關(guān)的元件的作用功能，及其工作原理。 （一）、普通二極管和發(fā)光二極管 固態(tài)電子器件中的半導(dǎo)體兩端器件。起源于19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)接觸二極管效應(yīng)，發(fā)展于20世紀(jì)30年代，主要特征是具有單向?qū)щ娦裕凑魈匦?。利用不同的半?dǎo)體材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)，可制成不同類型的二極管，用來產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號(hào)和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。例如穩(wěn)壓二極管可在電源電路中提供固定偏壓和進(jìn)行過壓保護(hù)；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發(fā)射機(jī)中的發(fā)射源；半導(dǎo)體光電二極管能實(shí)現(xiàn)光-電能量的轉(zhuǎn)換，可用來探測(cè)光輻射信號(hào)；半導(dǎo)體發(fā)光二極管能實(shí)現(xiàn)電-光能量的轉(zhuǎn)換，可用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等；肖特基二極管可用于微波電路中的混頻、檢波、調(diào)制、超高速開關(guān)、倍頻和低噪聲參量放大等。 按用途分：檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)管、光電管。按結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 總結(jié)：（1）二極管具有單向?qū)щ娦? （2）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時(shí)還能發(fā)光，普通發(fā)光二極管使用磷化鎵或磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8V。 （二）、晶體三極管 晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有 PNP和NPN兩種，如圖從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。 　　發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的 PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。 晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將 ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號(hào)“β”表示。電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來說是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。 總結(jié)：（1）三極管具有電流放大作用。 （2）晶體三極管能夠?qū)⑽⑷醯男盘?hào)放大，晶體三極管的三個(gè)極分別是發(fā)射極e，基極b和集電極c。 （3）傳感器輸出的電流和電壓很小，用一個(gè)三極管可以放大幾十倍或幾百倍，三極管的放大作用表現(xiàn)為基極b的電流對(duì)集電極c的電流起了控制作用。 （三）邏輯電路 邏輯電路是以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)邏輯運(yùn)算和操作的電路。分組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。前者的邏輯功能與時(shí)間無關(guān)，即不具記憶和存儲(chǔ)功能，后者的操作按時(shí)間程序進(jìn)行。由于只分高、低電平，抗干擾力強(qiáng)，精度和保密性佳。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面。這里我們主要說邏輯門電路。 邏輯門電路符號(hào)圖包括與門，或門，非門， 1．與邏輯 對(duì)于與門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為0，則輸出端一定是0，只有當(dāng)所有輸入端輸入都同為1時(shí)，輸出才是1. ?2．或邏輯 對(duì)于或門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為1，則輸出一定是1，反之，只有當(dāng)所有輸入端都為0時(shí)，輸出端才是0. 3.非門電路 對(duì)于非門電路，當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出總是1，當(dāng)輸入為1時(shí)，輸出反而是0，非門電路也稱反相器。 4.斯密特電路： 斯密特觸發(fā)器是特殊的非門電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值1.6V時(shí)，輸出端Y會(huì)突然從高電平調(diào)到低電平0.25V，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候0.8V，Y會(huì)從低電平跳到高電平3.4V。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號(hào)。而這正是進(jìn)行光控所需要的。 LED R2 R1 RG A Y +5V （四）、應(yīng)用實(shí)例 1、光控開關(guān) 電路組成：斯密特觸發(fā)器，光敏電阻，發(fā)光二極管LED模仿路燈，滑線變阻器，定值電阻，電路如圖所示。 工作原理：天明時(shí)，RG變小，流過R1的電流變大，A端輸入電壓降低到0.8V，Y會(huì)從低電平跳到高電平3.4V，LED上的電壓低于正向?qū)妷?.8V，LED不會(huì)發(fā)光，當(dāng)天色暗到一定程度時(shí)，RG變大，輸入端A的電壓升高到某一個(gè)值1.6V時(shí)，輸出端Y突然從高電平跳到低電平0.25V，此時(shí)加在LED上的正向電壓大于導(dǎo)通電壓1.8V，二極管LED發(fā)光。 特別提醒：要想在天暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大一些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達(dá)到某個(gè)值1.6V，就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。 拓展：如果電路不用發(fā)光二極管來模擬，直接用在電路中，就必須用到電磁繼電器。如下圖。 R1 RG A Y +5V 高壓工作電路 ~ 220V 2．溫度報(bào)警器（熱敏電阻式報(bào)警器） 結(jié)構(gòu)組成：斯密特觸發(fā)器，熱敏電阻，蜂鳴器，變阻器，定值電阻，如圖所示。 R1 RT A Y +5V 工作原理：常溫下，調(diào)整R1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不發(fā)聲，當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻RT阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高，當(dāng)達(dá)到某一值（高電平），其輸出端由高電平調(diào)到低電平，蜂鳴器通電，從而發(fā)出報(bào)警聲，R1的阻值不同，則報(bào)警器溫度不同。 特別提示：要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)該減小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。 典型例題： 1.與門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“1”（ ） A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1 答案：D 2.或門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“0”（ ） A.0 0 B.1 0 C.0 1 D.1 1 答案：A 3.聯(lián)合國(guó)安理會(huì)每個(gè)常任理事國(guó)都擁有否決權(quán)，假設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)表決器，常任理事國(guó)投反對(duì)票時(shí)輸入“0”，投贊成或棄權(quán)時(shí)輸入“1”，提案通過為“1”，通不過為“0”，則這個(gè)表決器應(yīng)具有哪種邏輯關(guān)系（ ） A.與門 B.非門 C.或門 D.與非門 答案：A 4.圖是一個(gè)復(fù)合門電路，由一個(gè)x門電路與一個(gè)非門組成.若整個(gè)電路成為一個(gè)與門，則x電路應(yīng)是（ ） A.與門 B.或門 C.與非門 D.或非門 答案：C 5.“第4題”中的整個(gè)電路若成為一個(gè)或門，則x電路應(yīng)是（ ） 答案：D 6.如圖是一個(gè)三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)C端輸入“1”時(shí)，A、B端輸入為何時(shí)輸出端Y輸出“1”（ ） A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1 答案：D 7.如圖所示，一個(gè)三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)輸入為1 0 1時(shí)，輸出為___________.（填“0”或“1”） 答案：1 8.與非門可以改裝成一個(gè)非門，方法為只用一個(gè)輸入端如A端，而另一個(gè)輸入端B端輸入穩(wěn)定信號(hào)，則為把與非門改裝成非門，B端應(yīng)始終輸入___________.（填“0”或“1”） 答案：1 9、某些非電學(xué)量的測(cè)量是可以通過一些相應(yīng)的裝置轉(zhuǎn)化為電學(xué)量來測(cè)量的，一電容的兩個(gè)極板放置在光滑的水平平臺(tái)上，極板的面積為S，極板間的距離為d，電容器的電容公式為C=ES/d（E是常數(shù)但未知）.極板1固定不動(dòng)，與周圍絕緣，極板2接地，且可以在水平平臺(tái)上滑動(dòng)，并始終與極板1保持平行，極板2的兩個(gè)側(cè)邊與勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為L(zhǎng)的兩個(gè)完全相同的彈簧相連，兩彈簧的另一端固定，彈簧L與電容垂直，如圖（1）所示.圖（2）是這一裝置的應(yīng)用示意圖，先將電容器充電至電壓U后即與電源斷開，再在極板2的右側(cè)的整個(gè)表面上施以均勻向左的待測(cè)壓強(qiáng)p，使兩極板之間的距離發(fā)生微小的變化，測(cè)得此時(shí)電容器兩極板間的電壓改變量為ΔU.設(shè)作用在電容板上的靜電力不致引起彈簧可測(cè)量的形變，試求：待測(cè)壓強(qiáng)p. 答案：p=2kdΔU/(SU) 【課堂總結(jié)】 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題： 1、 二極管的特點(diǎn)和作用 2、 三極管的特點(diǎn)和作用 3、 斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和作用 【布置作業(yè)】課本作業(yè) 【板書設(shè)計(jì)】 第四節(jié)：傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教案 1、二極管的特點(diǎn)和作用：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?，發(fā)光二極管不但能單向?qū)щ娦?，還能發(fā)光。 2、三極管的特點(diǎn)和作用，能放大微弱的電流 3、斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和作用：觸發(fā)器其實(shí)由6個(gè)非門電路組成 4、斯密特觸發(fā)器的應(yīng)用：光控電路，溫度報(bào)警器 【教學(xué)反思】 學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目的，將所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)際生活和實(shí)際問題中，知識(shí)才有實(shí)用價(jià)值。