创造条件 做好“传感器”实验，本文主要内容关键词为：传感器论文,条件论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
新课程把传感器编入教材，给中学物理教学带来了全新的时代气息。物理教学由概念辨析到实际应用，由抽象模型到元器件，由繁难运算到设计操作，学生第一次感到物理有用，物理神奇，物理好学。在“传感器”一章的教学中要达到以上教学效果就要做好实验。由于是新编入教材的内容，学校实验室缺乏配套的实验器材，开出实验有困难。我们通过利用身边的器材，到电子市场购买，结合一些创造性研究，开出了课本中所有的实验，还搞了一些创新实验，教学效果令学生满意，甚至神往。现把我们的做法写出来，供同仁一阅。
一、利用身边的器材做实验
随着科学技术的发展和生活水平的提高，日常生活中很多地方都用到了传感器。我们可以用它来丰富课堂，让学生感到物理贴近生活，有很强的实用性，产生较好的教学效果。
1.金属探测器
金属探测器应用比较广泛。教师可以利用学校考试专用的金属探测器来进行实验。金属探测器是利用其内部振荡线圈产生的磁场，使被检测的金属产生涡流，涡流反作用于探测器内部线圈，通过电子电路使蜂鸣器发声。实验时，提醒学生，探测器相对金属运动时，才有蜂鸣声。两者相对静止时，探测器不会发声。
2.红外线数字体温计
“非典”时期，当人们乘车，乘飞机时都需要测量体温。普通温度计需要与人体接触，而红外线数字体温计可以离体测量。后者实际就是一个红外线传感器。
3.电子血压计
普通的血压计测量时需要他人帮忙，操作不方便。电子血压计可自动向充气袖带内充气，通过辨别动脉血流受阻过程的声音及相应压力来确定收缩压和舒张压。它实际是一个压力传感器。
二、做好课本实验
我们到电子市场购买器材完成了如下实验。
1.光控路灯实验
实验器材：集成电路板（俗称面包板）1块，47kΩ电阻1个，光敏电阻
。（白天正常光照下阻值为5kΩ），斯密特触发器(74LS14)芯片1个，4节电池的电池盒1个，彩色灯泡1只，220V交流电源，继电器［型号：HHC66A(T73)］1个，发光二极管1个。
图1
图2
实验过程：
如图1(a)和图2(a)所示，
用47kΩ电阻替代。白天，光照射时，电阻变小，非门输入端A输入低电平，Y端输出高电平；图1中，二极管不发光，图2中继电器J不工作。夜晚，光照强度较弱，电阻变大，分得电压较高，A端输入高电平，Y端输出低电平；图1中二极管发光，图2中继电器工作，开关S闭合，彩色灯泡L发光。若为滑动变阻器，调节可以控制路灯在不同的光照强度下工作。图1(b)和图2(b)为本实验的实物图。
本实验注意以下几方面：
(1)
阻值配比恰当，实验效果才比较理想。
(2)教材所给电路中的
可以省去，对实验效果影响不大。因为
和发光二极管的阻值都比较大，电路中电流较小，对芯片的影响不大。
(3)图1设计简单，但与实际应用相差较远；图2的设计与实际应用较为接近。
(4)图1中发光二极管是显示信号的作用；图2中二极管是为了防止继电器释放衔铁时，线圈中自感电动势太大，损坏集成电路。
(5)实际实验时，集成电路板接高电位和接低电位的两排插孔最好用五个一起的插孔。生产过程中，有部分集成电路板的插孔并不连通。芯片74LS14的VCC和GND两个脚接入电路，芯片才能正常工作。
(6)继电器的接线如图3所示。3和4两脚接入控制电路，1和5两个脚接入被控电路。
图3
辨别接入控制电路的接入脚的方法：用多用电表测任意两个脚之间的电阻，电阻较小的两个脚是接入控制电路的两个脚。
2.温控报警实验
实验器材：集成电路板1块，热敏电阻
（常温下阻值为3kΩ）1个，斯密特触发器(74LS14)芯片1个，4节电池的电池盒1个，蜂鸣器（型号：HYDZ，工作电压：4～6 V）1个，电位器（型号：3296系列，阻值1kΩ，接入电路的是1、2两个脚或2、3两个脚）1个。
图4
实验过程：
如图4(a)所示，当温度升高时，阻值减小，非门输入端A输入高电平，Y端输出低电平，蜂鸣器工作。调节（用电位器替代）可以控制报警温度的高低。当减小时，必须比较小，温度必须更高一些，非门输入端A才能获得高电平。图4(b)是实验的实物图。
3.简单磁控防盗报警实验
实验器材：集成电路板1块，47kΩ电阻1个，斯密特触发器(74LS14)芯片1个，4节电池的电池盒1个，蜂鸣器（型号：HYDZ，工作电压：4～6V）1个，蹄形磁铁1块，干簧管1个。
实验过程：
如图5所示，实验时，用47kΩ的电阻替代图5中2.2kΩ的电阻也可以。磁铁装在门上，此时干簧管的簧片被磁化闭合，非门输入端A输入低电平，Y端输出高电平，蜂鸣器不工作。当小偷开门时，簧片分开，非门输入端A输入高电平，Y端输出低电平，蜂鸣器有电流流过，报警。
图5
4.逻辑电平检测器
图6
如图6所示，当C端接在电源负极，相当于接入低电平，A端输入低电平，Y端输出高电平，二极管不发光。当C端接在电源的正极，相当于接入高电平，A端输入高电平，Y端输出低电平，二极管发光。当C端接入电路的某处，可以通过二极管显示电平的高低。若C端不接入电路，此时二极管也发光，说明此种情况相当于C端接入高电平。
三、创新实验
器材：硬纸盒做的黑箱，220V交流电源，3V直流电源，2.5V小灯泡1只，15W、220V彩色灯泡1只，光控开关1个，热电阻（常温下150Ω）1个，日光灯启辉器1个，热敏电阻1个。
1.路灯光控实验
将光控开关接图7的A、B两端，并且用硬纸盒做的黑箱罩住。打开盒盖，接通电源，小灯泡不亮。当盖上盒盖，遮住光线，小灯泡亮。
图7
2.热电阻
将热电阻接图7的A、B两端，接通220V交流电源后，彩灯亮，大约1分钟左右，彩灯自动熄灭。原理：当温度升高时，金属电阻的电阻率随温度的升高而增大，导致热电阻的阻值增大。当电阻增大到一定程度，电路中电流过小，彩灯熄灭。拔出插头，再等约0.5分钟接电源，彩灯又亮，原来彩灯不亮时，灯丝并未烧断。
3.日光灯的启辉器
将日光灯启辉器接图7的A、B两端，接通220V交流电源后，彩灯会一闪一闪。原理：当电压较高时，启辉器内的氖气导电，双金属片闭合，彩灯发光。反之，彩灯熄灭。由于电源是交流电源，电压随时间周期性变化，所以彩灯会一闪一闪。
图8
将启辉器的玻璃外壳去除，然后再串联在如图8所示电路中。接通3V直流电源，小灯泡不会发光。用打火机加热双金属片，过一会，发现双金属片闭合，小灯泡发光。
4.热敏电阻
图9
如图9所示，用多用电表的欧姆挡测量热敏电阻的阻值。当用手给热敏电阻加热时，多用电表指针右偏，阻值变小；将热敏电阻放入冷水中，多用电表指针左偏，阻值变大。
5.模拟来人提示器实验
实验器材：红外线发光二极管（实验时用遥控器代替），红外线接收光敏二极管，集成电路板1块，47kΩ电阻1个，斯密特触发器(74LS14)芯片1个，4节电池的电池盒1个，继电器［型号：HHC66A(T73)］1个，发光二极管1个，小灯泡1个。
实验过程：
用遥控器代替图10(a)电路。当按下遥控器电源按钮，图10(b)电路中的红外线接收光敏二极管开始工作，非门输入端A输入低电平，Y端输出高电平，继电器J不工作。当有人经过时，挡住红外线，A端输入高电平，Y端输出低电平，继电器工作，开关S闭合，小灯泡发光。
图10
6.热电偶实验
实验器材：铁丝1根，铜丝1根，酒精灯1个，灵敏电流计1个。
实验过程：
如图11所示，将铁丝和铜丝一端绞合（或压合），另一端分开接在灵敏电流计上，用酒精灯加热绞合端，可以看到灵敏电流计指针偏转，说明有电流产生。当加热绞合端时，金属中的自由电子定向移动，形成电动势，相当于电源，从而产生电流。
图11
7.设计自动控制和手动控制并存的电热水器
图12
【方案一】如图12所示，当热水器中水温超过设定温度时，双金属片弯曲，电路断开，继电器J停止工作，
断开，加热电阻R停止加热。
旋钮B可以调节双金属片断开时的温度。当旋钮B向外旋一点，温度较高时双金属片弯曲的程度更大才能分开，继电器才能停止工作。
为手动开关，闭合，加热电阻随时都可以工作。
【方案二】如图13所示，当水温较高时，热敏电阻阻值变小，A端输入低电平，Y端输出高电平，继电器停止工作，断开，加热电阻R停止工作。调节可以控制自动停止加热的温度。为手动控制开关，闭合，加热电阻随时都可以工作。
图13