高考物理一轮复习教学案精品集77简单的逻辑电路传感器的应用doc高中物理

第七课时简单的逻辑电路传感器的应用4/4考点剖析【教学要求】1．通过门电路,初步了解逻辑电路的根本原理以及在自动控制中的应用。2．初步了解集成电路的根本作用。【知识再现】一、简单的逻辑电路1．门电路的概念在日常生活中．任一事物的发生、开展都遵循着一定的规律性，或者说存在着一定的因果关系。这种一定的规律性或因果关系就是逻辑。在数字电子技术中尤其侧重双值逻辑问题，双值逻辑关系在日常生活中比比皆是，如真与假有与无．是与非、好与坏、高与低、上与下等。与之相对应．在逻辑运算中．二进制运算总是取“0”与“1”两个值来反映这两种可能性。一般用两个不同电位的脉冲来代表“0”和“1”。因而．人们就可以借助电路来完成这种逻辑运算。能完成逻辑运算的电路叫逻辑电路。由于这种电路又像一扇“门”那样依一定的条件“开与关”．门电路就像一扇门，当具备开门条件时，输出端就有一个信号输出；反之，门关闭，就有另一个信号输出。因而又称门电路，通常也叫开关电路。2．门电路的种类(1)与门电路：当决定一件事情(果)的各个（两个）条件(因)全部具备．这一件事情就会发生，这种因果关系，我们称之为“与”逻辑关系。如：平安恒温器。在“与”门的两个输入端分别接上一个水位传感器和水温传感器,只有当水充满水箱,水箱中的温度低于某一温度时,"与"门的输出端给电热水器开关输入一个导通信号,电热水器的加热开关才会接通电源,对水箱中的水进展加热。(2)或门电路：当决定一件事情(果)的各个条件(因)中，只要具备一个或者一个以上的条件．这一件事情就会发生。这种因果关系．我们称之为“或逻辑关系”。如：一个并联电路中电灯在干路上,而不是在支路上,当任何一个支路上的开关接合的时候电路都会使得电灯亮(也就是当其中任何一个条件满足时，事情才会成立.在日常生活中．或逻辑关系也是常见的，例如有的摩托车采用遥控点火和手动点火两种方式起动就是采用的“或”门电路。(3)非门电路：输出状态和输入状态呈相反的逻辑关系，叫做“非”逻辑。如：如以下图电路中，，开关A闭合与灯L亮的关系就是非逻辑关系。因为开关A（条件）闭合．灯L（结果）就熄灭，开关A断开，灯L就亮。非门电路也称为反相器。斯密特触发器是具有特殊功能的非门。二、传感器的应用1．实验目的：初步了解传感器的应用．2．实验原理：传感器是将它感受到的物理量(如光、热、力等)转换成便于测量的量(一般是电学量)．热电传感器主要利用热敏电阻将热信号转变成电信号，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转变成电信号．热敏电阻是由半导体材料制成的，常态时其阻值约为10kΩ，其电阻率随温度的变化而迅速变化，温度升高时，其电阻率显著减小．光敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率在光照射下显著减小．在没有光照射下其阻值可以到达几十MΩ，在一般室内照射下，电阻可以降到几kΩ．利用多用电表的欧姆挡测量不同温度下热敏电阻的阻值以及不同光照条件下光敏电阻的阻值，就可以了解热敏电阻随温度的变化规律以及光敏电阻随光照的变化规律．3．实验器材：（略）4．实验步骤：（略）4/4\n重点突破知识点一门电路的选择按不同要求，应用相应的传感器和门电路。【应用1】大多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反响。（1）控制电路中接入了哪几种传感器？（2）这几种传感器来的信号，应通过哪几种门电路后，再进入执行电路？导示:(1)接入了两种传感器：光传感器（通常用的是光敏电阻）；声传感器（通常用的是微型驻极体话筒）。(2)因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件，即足够暗的光照和足够大的声音，所以要使用与门。知识点二斯密特触发器斯密特触发器是非门电路，它的应用较广泛。【应用2】可以用型号为74LS14的非门集成电路，发光二极管LED和限流电阻R=330Ω来组成一个逻辑电平检测器，电路如以下图。图中的S为斯密特触发器，斯密特触发器是具有特殊功能的非门。使用时，将检测器的输入端Ａ接到被测点。请分析：当被测点为高电平时，LED是否发光？低电平时呢？说出道理。导示:当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端Ａ为高电平，那么输出端Ｙ为低电平，故LED发光；当被测点为低电平时，Ａ即为低电平，那么输出端Ｙ为高电平，LED不发光。【应用3】温度报警器电路如以下图，请说明其工作原理。导示:常温下，调整Ｒ1的阻值使斯密特触发器的输入端Ａ处于低电平，那么输出端Ｙ处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度高时，热敏电阻ＲT阻值减小,斯密特触发器输入端Ａ电势升高，当到达某一值(高电平)，其输出端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，那么报警温度不同。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阻值越小，要使斯密特触发器输入端到达高电平，那么热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。知识点三物理量的转化测量传感器是将非电学量转化为电学量，然后进展显示或进展自动控制，或进展放大处理。【应用2】在探究课上，赵明和李青两位同学分别设计了如甲、乙两图所示的电子秤。所用器材相同，电源电动势为E，内阻不计。可变电阻长为L，电阻为R。弹簧导电，劲度系数为k，其电阻不计。连接甲图中的电压表的导线可自由伸缩。不测量时指针P均在a处（如图中虚线所示）。使电压表的示数与所称的重力对应便成为电子秤。（1）不称重时，甲、乙两图中的电压表示数分别是多大？（2）分别写出对应于甲、乙两种设计所称重力G与电压表的示数u以及E、k、L的关系式。（3）比较甲、乙两个电路，哪一个比较好？为什么？（4）设想两种设计的电子秤测重力时可能出现的问题（只要提出问题，不必解答）？导示:4/4\n从图上可以看出，随着重力的增加，弹簧就要缩短，带着指针下移，电路发生变化，电压表读数也相应变化，从电压表的读数就可以知道重力的大小。甲图的电压表是测量ap电阻之间的电压U1。U1：E=x1：L，G1=kx1。乙图的电压表是测量bp电阻之间的电压U2。U2：E=（L-x2）：L，G2=kx2。所以各小题参考答案：（1）甲：0，乙：E。（2）甲：G=kL/E，乙：G=kL（E-U）/E。（3）甲好，重力与电压表示数成正比，表的刻度均匀。（4）重力太小读不出；重力太大超出量程。自动控制、自动测量在生活中越来越普遍了。严密联系生活是新课标的精神之一，也是亮点之一。此题巧妙地将电阻与长度的关系与弹簧弹力与长度的关系严密联系在一起，从而设计出电子秤。这种联系的观点在创新过程中必不可少。知识点二传感器特性例如【应用3】家用电热灭蚊器中电热局部的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如以下图，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的选项是（）A．通电后其功率先增大后减小B．通电后其功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2的某一值不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变导示:根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线，可知在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在在t1至t2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以此题正确答案为A、C。成功体验1．（08淮阴月考）如以下图是由根本逻辑电路构成的一个公路路灯自动控制电路，图中虚线框内M是一只感应元件，虚线框N中使用的是门电路。那么（）A．M为光敏电阻，N为与门电路B．M为光敏电阻，N为非门电路C．M为热敏电阻，N为非门电路D．M为热敏电阻，N为或门电路2．如图是火警报警器电路的示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大，值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器，当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I，报警器两端的电压U的变化情况（）A．I变大，U变小B．I变小，U变大4/4\nC．I变小，U变小D．I变大，U变大3．如以下图的电路图是一个应用“非”门构成一个简易火警报警电路，那么图中X框、Y框中应是()A．X为热敏电阻，Y为可变电阻B．X为可变电阻，Y为热敏电阻C．X为热敏电阻，Y为开关D．X、Y均为热敏电阻4．如以下图，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，（）A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大5．（07扬州市模）某位移传感器的工作原理如图甲所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P，通过理想电压表显示的数据来反映物体的位移x。设电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的长度为L，物体M以O点为平衡位置做简谐运动(取向右为正方向)，振幅为L/2，物体经过O点时P恰好位于滑动变阻器的中点。假设电压表的示数U随时间t的变化关系如图乙所示，那么以下说法中正确的选项是（）A．在t1时刻M具有正方向最大速度B．在t2时刻M的速度为零C．在t1时刻到t2时刻时间内，M的加速度先减小后增大D．在t1时刻到t2时刻时间内，M的加速度先增大后减小6．有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感应强度，如以下图，把一个横截面是矩形的铜片放在磁场中，使它的上、下两个外表与磁场平行，前、后两个外表与磁场垂直．当通入从左向右的电流I时，连接在上、下两个外表上的电压表示数为U．已知铜片中单位体积内自由电子数为n，电子质量m，带电量为e，铜片厚度（前后两个外表厚度）为d，高度（上、下两个外表的距离）为h，求磁场的磁感应强度B．参考答案1．B2．R3处出现火情，温度升高，那么R3电阻增大，整个外电路电阻要增大，U端也要增大，R3两端电压增大，R2两端电压要增大，I增大。应选D。3．Y为热敏电阻，温度高时电阻小，A点电势低，经过非门电路电势变高，电铃响；改变可变电阻阻值可设定报警温度。应选B。4．当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，那么R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，那么小灯泡的功率增大．应选ABC。5．AD6．到达动态平衡时有qvB=qE=qU/hB=U/vh∵I=nevS=nevhd∴vh=I/ned∴B=Udne/I4/4