導(dǎo)語(yǔ)：中學(xué)物理傳感器示教版設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要:傳感器示教板包括傳感器模塊、排針座、排針、撥碼開(kāi)關(guān)、三極管、繼電器、蜂鳴器。通過(guò)兩個(gè)組合撥碼開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)使4路傳感器輸出信號(hào)可分別控制不同的電路，使學(xué)生方便地觀(guān)察不同傳感器的不同控制效果。設(shè)計(jì)的傳感器教學(xué)示教板通過(guò)演示的方式探討在有限的時(shí)間使學(xué)生理解和掌握傳感器的基本原理和應(yīng)用。解決中學(xué)物理傳感器教學(xué)難度大、學(xué)時(shí)少、高考又有一定的要求的難題。示教板的制作可作為物理專(zhuān)業(yè)、電信專(zhuān)業(yè)大學(xué)生實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可培養(yǎng)大學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞:傳感器;撥碼開(kāi)關(guān);演示

傳感器在中學(xué)物理教學(xué)中有一定的章節(jié)要求，在高考中涉及的分?jǐn)?shù)較少，其工作原理相對(duì)中學(xué)生而言難度較大，因此傳感器的教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)而非重點(diǎn)內(nèi)容。如何用少量的學(xué)時(shí)使學(xué)生掌握傳感器的工作原理與應(yīng)用是中學(xué)物理教師較為頭疼的一個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)中學(xué)物理傳感器示教板，通過(guò)對(duì)光敏傳感器、熱敏傳感器、電容位移傳感器、霍爾傳感器等傳感器的演示，可以加深學(xué)生對(duì)傳感器工作原理的理解，有利于學(xué)生掌握傳感器的基本應(yīng)用。示教板的制作可作為物理專(zhuān)業(yè)、電信專(zhuān)業(yè)大學(xué)生實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可培養(yǎng)大學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力［1－2］和創(chuàng)新能力［3－4］。

1幾種傳感器的基本原理

傳感器可以把不易測(cè)量的量轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的量，因?yàn)殡妼W(xué)量具有容易保存、傳輸、處理、顯示等優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)典的傳感器通常是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。中學(xué)物理教學(xué)中涉及到的傳感器主要有光敏傳感器、熱敏傳感器、電容位移傳感器、霍爾傳感器等。光敏傳感器［5－6］主要是光敏電阻或光敏三極管。光敏電阻、光敏三極管的原理有光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)是在光線(xiàn)作用下，電子吸收光子能量從束縛狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，從而引起材料電阻率變化;光生伏特效應(yīng)是在光線(xiàn)作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。熱敏電阻［7］是半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的一種熱敏元件，通常由一些金屬氧化物采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。熱敏電阻有三種:負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻、正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻和在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻。熱敏電阻電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但它的阻值與溫度變化呈非線(xiàn)性，且穩(wěn)定性較差?；魻杺鞲衅鳎?－9］利用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。霍爾效應(yīng)是指置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體薄片稱(chēng)為霍爾元件。

2傳感器輸出電路

傳感器廠(chǎng)家通常將傳感器的敏感元件集成在一起作成傳感器集成模塊，中學(xué)物理中涉及到的集成傳感器模塊如圖1所示，圖中所示模塊分別為光敏電阻模塊、熱敏電阻模塊、光電傳感器模塊、霍爾傳感器模塊。傳感器模塊通常有3個(gè)或4個(gè)管腳，一個(gè)為電源Vcc，一個(gè)為GND，一個(gè)為數(shù)字信號(hào)輸出DO，4個(gè)管腳的傳感器模塊還有一個(gè)模擬信號(hào)輸出管腳AO。圖1集成傳感器模塊傳感器模塊的內(nèi)部電路如圖2所示，以光電傳感器模塊為例，電源電壓為5伏，光電管的輸入端為一個(gè)發(fā)光二極管，它串接一個(gè)1K的保護(hù)電阻接電源兩端，光電管的輸出端為一個(gè)光敏三極管，它串接一個(gè)10K的分壓電阻接電源兩端，其分壓值送入比較器的同向輸入端，10K的固定電阻和可變電阻分壓值送入比較器的反向輸入端，比較結(jié)果輸出數(shù)字信號(hào)DO，光敏三極管上直接輸出模擬信號(hào)AO。有物體遮擋光敏三極管時(shí)，光敏三極管阻值變大，送入比較器同向輸入端的電壓值變大，輸出數(shù)字信號(hào)DO為高電平。

3傳感器示教板電路設(shè)計(jì)

傳感器示教板電路如圖3所示，傳感器示教板電路包括傳感器模塊、排針座、排針、撥碼開(kāi)關(guān)、三極管、繼電器、蜂鳴器等。排針座、排針、撥碼開(kāi)關(guān)、三極管、繼電器、蜂鳴器焊接在萬(wàn)能板上，排針座有4組，可以插拔4個(gè)傳感器模塊，排針座和排針對(duì)應(yīng)管腳相連，排針通過(guò)插拔杜邦線(xiàn)進(jìn)行電路連接或信號(hào)測(cè)試，撥碼開(kāi)關(guān)有兩個(gè)，前一個(gè)用于信號(hào)的4選1，后一個(gè)可把信號(hào)分為2路，一路信號(hào)可通過(guò)繼電器控制發(fā)光二極管［10］，另一路信號(hào)可通過(guò)繼電器控制蜂鳴器，可以設(shè)計(jì)多路信號(hào)，比如控制電動(dòng)機(jī)、數(shù)碼管等。圖3傳感器示教板電路焊接好的傳感器示教板實(shí)物如圖4所示，演示時(shí)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容可在排針座上面插入4個(gè)不同類(lèi)型的傳感器，通過(guò)前一個(gè)4選1撥碼開(kāi)關(guān)可以方便地選取不同傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)后一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)可以方便地把信號(hào)送入不同控制電路，觀(guān)察不同傳感器的不同控制效果。根據(jù)教學(xué)需要，可以演示控制LED燈或是蜂鳴器。電路還可以進(jìn)行拓展，例如增加傳感器控制電動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇、數(shù)碼管等環(huán)節(jié)。圖4傳感器示教板實(shí)物。

4結(jié)語(yǔ)

中學(xué)物理傳感器教學(xué)現(xiàn)狀是難度大，學(xué)時(shí)少，高考又有一定的要求，設(shè)計(jì)的傳感器教學(xué)示教板通過(guò)演示的方式探討通過(guò)有限的時(shí)間使學(xué)生理解和掌握傳感器的基本原理和應(yīng)用。通過(guò)兩個(gè)組合撥碼開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)使4路傳感器輸出信號(hào)可分別控制不同的電路，使學(xué)生方便地觀(guān)察不同傳感器的不同控制效果。示教板的制作可作為物理專(zhuān)業(yè)、電信專(zhuān)業(yè)大學(xué)生實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可培養(yǎng)大學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

作者：孫福玉 單位：赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院