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關(guān)鍵詞:555定時器; LabVIEW; 光敏電阻; 自動測試系統(tǒng)
中圖分類號:TN911.734 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1004373X(2012)22013602
0 引 言
光敏電阻器件是光信號轉(zhuǎn)換類傳感器,光敏電阻不只局限于對光的探測,它還可以作為探測元件組成其他傳感器,對許多非電量進行檢測,只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可,因而在工業(yè)自動控制及智能機器人中得到廣泛應(yīng)用[1]。本測試系統(tǒng)主要用于光敏電阻的光照特性的研究,裝置包含電路板的設(shè)計,電路的制作,信號的接收和采集電路,光電信號的控制等,由LabVIEW語言編寫程序 ,并對這些器件的性能數(shù)據(jù)、脈沖進行處理分析等一系列過程,組成一個完整的可以對光敏電阻的特性進行自動測試、記錄、分析的系統(tǒng)。處理方法相對比較簡單,系統(tǒng)可應(yīng)用光電自動測試系統(tǒng)中的測量分析,它可廣泛應(yīng)用于為路燈監(jiān)控、高壓控制、溫度監(jiān)測、防盜等電子行業(yè)[24]。
1 光敏電阻測量方案的實現(xiàn)及模塊電路
電阻測量的方案很多,最基本的就是根據(jù)R的定義式來測量。根據(jù)R=U/I求電阻,這種測量方法要同時測出2個模擬量,不易實現(xiàn)自動化,因此,運用數(shù)字電子技術(shù)并結(jié)合當(dāng)代最新科技成果,設(shè)計轉(zhuǎn)換頻率測電阻是目前的要求。很多儀表都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量?;诖怂悸?,把電阻的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號,然后用LabVIEW程序采集計數(shù)后再運算并求出R的值并送顯示,轉(zhuǎn)換原理是555多諧RC振蕩器。其實,這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,頻率是LabVIEW程序很容易處理的數(shù)字量,這種數(shù)字化處理一方面便于使儀表實現(xiàn)智能化;另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差[59]。
1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計分析
本設(shè)計方案的整體框圖如圖1所示。采用由主控芯片NE555P組成的RC振蕩電路把要測的電阻的阻值轉(zhuǎn)換成頻率值,然后由計算機LabVIEW程序采集檢測頻率值,再把頻率值換算成電阻值送顯。電阻的自動篩選是由鍵盤輸入篩選要求的阻值大小及其允許的誤差值,經(jīng)軟件把要求與測得的電阻值進行比較,把結(jié)果送顯。自動測量信號并顯示測得的阻值曲線圖是由計算機LabVIEW程序控制外置電路LED燈電壓變化,從而使其發(fā)光光強發(fā)生改變,以致其阻值大小產(chǎn)生變化,然后由軟件逐步檢測阻值并由軟件處理后以曲線圖形顯示在液晶屏上。
圖2是一個由555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,由該電路可以測出量程在100 Ω~1 MΩ的電阻。該電路的振蕩周期為:T=t1+t2=(In 2)(R+Rx)C+(In 2)RxC
=(In 2)(R+2Rx)C
(1)式中:t1為輸出高電平的時間;t2為輸出低電平的時間,則Rx=12(ln 2)fC-12R。
圖2 由555定時器組成的多諧振蕩電路2 信號采集和處理
自動測試系統(tǒng)的信號采集處理為軟硬件處理,通采集卡采集的來自振蕩電路輸出的電信號,經(jīng)過設(shè)計的LabVIEW程序處理分析,最后把結(jié)果從液晶屏顯示出來[10]。采集程序如圖3所示。程序按順序向AO口(模擬輸出,到LED)輸出線性變化的N個電壓值,輸出每個電壓值的同時555定時器芯片的信號通過AI(模擬輸入)采集到計算機,將信號進行傅里葉變換后得到頻譜曲線。然后通過找出頻譜曲線的最大波峰對應(yīng)的橫坐標(biāo)得到該信號的頻率,最后把得出的N個頻率代入公式中,就得到N個電壓對應(yīng)N個電阻的值的曲線。另用一個變阻箱代替光敏電阻并在光敏電阻阻值范圍內(nèi)取20個值進行輸出頻率的測量,畫出關(guān)系圖為一次函數(shù)曲線,用LabVIEW得出斜率與截距再代入主程序模塊輸出理論曲線并與LabVIEW從光敏電阻采集得到的實驗曲線進行對比。
用一個變阻箱代替光敏電阻接入電路并在光敏電阻的變化阻值范圍取20個值用示波器測量出每個阻值時的輸出頻率,并利用LabVIEW軟件實現(xiàn)兩者關(guān)系截距與斜率的測量。通過編程,將第一步得出的結(jié)果帶入主程序模塊,接通系統(tǒng)軟硬件器件點擊運行。外置LED燈控制電路的電壓的改變,導(dǎo)致發(fā)射光強的變化,振蕩電路中光敏電阻的阻值也隨之發(fā)生改變,即輸出信號頻率發(fā)生變化。由程序采集并處理,得出光敏電阻阻值與光強對應(yīng)的外置電路電壓的關(guān)系曲線,紅色為理論參數(shù)下的UR曲線,白色為實際參數(shù)下的UR曲線,如圖3所示。由圖3的UR曲線圖看出,在外置電壓較小即LED未啟動,其發(fā)出光強為零,此時光敏電阻阻值幾乎不變,當(dāng)當(dāng)電壓增加,即LED發(fā)出光強變大時,光敏電阻阻值迅速作出反應(yīng)變化。圖中紅色曲線是根據(jù)理論公式:Rx=12(ln 2)fC-12R≈1.432fC-12R 相關(guān)理論參數(shù)代入程序而得出的理論曲線,圖中黃色曲線是根據(jù)Rf的實際相關(guān)關(guān)系而得出的公式:Rx=Af-B=687 337.66f-461.54代入程序而得出的曲線。
3 結(jié) 語
本設(shè)計基于LabVIEW的光敏電阻自動測試系統(tǒng)采用由555定時器組成的RC振蕩電路把要測的電阻值轉(zhuǎn)化成LabVIEW程序容易處理的頻率信號,然后由采集卡實現(xiàn)對頻率的采集測量,并由LabVIEW程序完成測量值的處理、顯示。本設(shè)計的測阻電路比傳統(tǒng)的電阻測量電路簡單,可以廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。
本設(shè)計中基于LabVIEW的光電自動測試系統(tǒng)有以下優(yōu)點:
關(guān)鍵詞: 舞龍 民族體育 高校體育教育
中國傳統(tǒng)文化比較重視人與自然、人與人之間的和諧統(tǒng)一關(guān)系,民族體育如中華武術(shù)、舞龍、舞獅、摔跤、龍舟等都是在傳統(tǒng)文化的影響下得以形成和發(fā)展的,這些項目以“天人合一”的哲學(xué)為基礎(chǔ),強調(diào)人與自然的和諧,追求內(nèi)外合一、形神合一的全身心整體發(fā)展,真實地、全面地反映民族的精神風(fēng)貌,符合大眾的審美情趣,促使民族傳統(tǒng)體育在文化層次上進化、延伸,在內(nèi)容上拓展、充實,在形式上豐富多樣,使許多人在輕松喜慶的活動中得到身心鍛煉,以此鍛煉心志、啟迪靈性、進行人格修養(yǎng),使身體修養(yǎng)和道德修養(yǎng)和諧統(tǒng)一發(fā)展,“中國體育文化為柔性文化,表現(xiàn)為‘柔’、‘儒’、‘和’、‘靜’、‘文’。西方體育文化為剛性文化,表現(xiàn)為‘力’、‘動’、‘野’、‘武’、‘競’等”。其以傳統(tǒng)文化的載體,具有豐富的理性文化內(nèi)涵。
一、舞龍
中國古代把傳說中的“龍”比喻為神異動物,在國人心目中,“龍”是一種精神方面的寄托,中國的傳統(tǒng)節(jié)日中就有不少是與龍相關(guān)的,如:龍?zhí)ь^節(jié)(農(nóng)歷二月初二);壯族(農(nóng)歷二月間);瑤族(農(nóng)歷三月初三)和哈尼族(農(nóng)歷二月初二)的祭龍節(jié);崩龍族的祭龍王節(jié)(農(nóng)歷三月間)等。舞龍又稱“龍舞”、“龍燈”、“鬧龍燈”等,起源于中國漢代,最初是作為祭祀祖先、祈求甘雨的一種儀式和宗教活動,是我國的傳統(tǒng)舞蹈形式。
舞龍是集武術(shù)、舞蹈、民族鼓樂于一體的體育項目。通過鼓樂的擊打節(jié)奏將武術(shù)和舞蹈藝術(shù)動作有機地結(jié)合起來,在變化多端的節(jié)奏中,舞龍者以多種姿態(tài),在動態(tài)和靜態(tài)造型中將力度、速度、幅度、耐力等揉合于舞龍技巧當(dāng)中,它不受場地、性別、人數(shù)和年齡的限制,有3人舞龍、9人舞龍、11人舞龍等;有男子舞龍、女子舞龍;有成人舞龍、少年舞龍。
從舞者的生理特點分析,舞龍舞獅運動是集速度、耐力、技巧等為一體的集體體育運動。舞龍運動的套路編排內(nèi)容豐富、構(gòu)思巧妙、結(jié)構(gòu)新穎。在舞龍動作中,有“游龍戲水”、“二龍戲珠”、“飛躍龍門”、“翻龍肚”、“龍滾單”、“龍卷尾”等套路,展現(xiàn)了神龍穿梭、遨游于天上、人間、大海的形象。因此,在高校開展舞龍舞獅運動中可以豐富學(xué)生的娛樂生活,促進校園文化建設(shè),緩解和消除學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活壓力,而且舞龍舞獅的豐富多彩的表演形式對于單調(diào)而枯燥的校園生活來講,能充分提高學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)作水平,培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)欣賞能力。
二、高校體育教育的現(xiàn)狀
長期以來我國學(xué)校體育教學(xué)內(nèi)容重競技化,傳授形式重技術(shù)輕健身,忽視學(xué)生的個性化發(fā)展,有關(guān)資料顯示,目前全國大部分高校已將武術(shù)中的拳術(shù)、器械、功法、散打及養(yǎng)生功等列入體育教學(xué)大綱,為推動全民健身運動作出了積極貢獻,也為民族傳統(tǒng)體育學(xué)科發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。但有些高校對發(fā)展民族傳統(tǒng)體育重視程度不夠,民族傳統(tǒng)體育的教學(xué)內(nèi)容選擇面狹窄,內(nèi)容貧乏,項目單調(diào),使之缺乏吸引力,而內(nèi)容豐富、形式多樣的舞龍運動未被重視,在教學(xué)中利用民族傳統(tǒng)體育的功能和特點積極引導(dǎo)、鼓勵和幫助學(xué)生提煉知識,發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主導(dǎo)作用和培養(yǎng)自我鍛煉能力、拓寬學(xué)用結(jié)合的思路,從而導(dǎo)致許多高校民族傳統(tǒng)體育發(fā)展緩慢。
三、在高校開展舞龍運動的必要性
將優(yōu)秀的民族傳統(tǒng)體育活動融入學(xué)校體育之中,不僅可以極大地提高教育的可行性、實用性和感染力,還可以弘揚優(yōu)秀的民族體育文化,促進學(xué)校體育的發(fā)展。龍所象征的中華民族團結(jié)向上、不屈不撓和喜慶祥和的精神風(fēng)貌。舞龍舞獅運動具有很高的觀賞價值,同時能鍛煉人們的身體和意志,起到弘揚民族精神,激勵人們團結(jié)、前進、向上的作用,成為凝聚“龍的傳人”的一股巨大的力量。舞龍舞獅運動作為一項民族民間傳統(tǒng)體育項目,具有鮮明的民族特色、強調(diào)集體配合、鼓樂伴奏、種類繁多、形式多樣及與節(jié)日娛樂密切聯(lián)系等特點。高校開舞龍運動,不僅能把民俗和現(xiàn)代競技體育有機地結(jié)合起來,豐富體育的內(nèi)涵和藝術(shù)色彩,充實體育新的內(nèi)容,而且能體現(xiàn)追求更快、更高、更強的奧運精神,這對推動舞龍運動的傳播和中華民族傳統(tǒng)文化的振興有重要作用。
四、開展舞龍運動的意義
(一)培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)欣賞能力
舞龍運動通過具備力量、速度、靈巧等條件的學(xué)生,借助于“龍”的道具,賦予“龍”活生生具有人性化、藝術(shù)化的動物形象而進行表演,它可以根據(jù)場地、場合、器材、觀眾及組織者的不同要求編排套路或表演形式。所以不同于其他體育項目的舞龍有不同的藝術(shù)表現(xiàn)形式,大學(xué)生通過舞龍舞獅運動的訓(xùn)練,從中可獲得藝術(shù)靈感,提高自己的藝術(shù)欣賞能力、想象力和創(chuàng)新能力。
(二)培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神
要掌握舞龍運動,具有一定的要求和難度,大學(xué)生不但需要克服自己的生理或心理上的障礙,還要克服外部的各種困難和挑戰(zhàn),同時,舞龍舞獅運動是一項多人參加的集體運動項目,講究整體的配合與默契,要求運動員與器具,音樂伴奏與動作編排高度統(tǒng)一,在舞龍過程中要求大家齊心協(xié)力、團結(jié)一致。龍獅運動在高校的興起,已經(jīng)成為一種必然的發(fā)展趨勢。目前高校已經(jīng)成為中國舞龍舞獅運動開展的一個重要陣地。
(三)增強學(xué)生的歷史使命感
學(xué)校是文化傳播的重要基地,任何一種文化的繼承和發(fā)展,都離不開教育。龍獅文化是民族智慧、民族精神和民族意識的具體表現(xiàn)。高校學(xué)生擔(dān)負(fù)著繼承和發(fā)揚民族傳統(tǒng)體育文化的重要歷史使命,在繼承與發(fā)揚民族傳統(tǒng)體育文化的過程中,學(xué)生應(yīng)進行深入學(xué)習(xí),大學(xué)生有一定鑒賞和識別能力,具備一定的科學(xué)文化知識,領(lǐng)悟能力強,具有一定的創(chuàng)新精神,通過民族傳統(tǒng)體育項目的整理、挖掘和推廣,而且能夠培養(yǎng)出一批重視民族傳統(tǒng)體育教育的理論工作者,進一步弘揚民族傳統(tǒng)體育的優(yōu)秀文化內(nèi)涵,并賦予其新時代競爭與奮進的精神內(nèi)涵??墒姑褡鍌鹘y(tǒng)體育文化為中華民族振興、為人類文明作出更大貢獻,這對龍獅運動的普及與提高、繼承與發(fā)展及推廣與傳承起到推動作用。
(四)提高學(xué)生的身心健康
大學(xué)生在學(xué)習(xí)之余,往往會組織一些新奇、獨特、優(yōu)美而刺激的體育賽事或娛樂活動,如果在學(xué)校體育教學(xué)中增加舞龍等民族傳統(tǒng)體育內(nèi)容,不僅可以補充和完善現(xiàn)代競技體育,豐富教學(xué)內(nèi)容,而且可以充分調(diào)動學(xué)生參加體育課的積極性和主動性,有效增強學(xué)生的體質(zhì),獲得身心健康,既豐富了教學(xué)內(nèi)容,又增強了教學(xué)效果。高校學(xué)生是一個較大群體,人文素質(zhì)普遍較高,在高校開展龍獅運動,是實施“全民健身計劃”的一個重要舉措,有利于學(xué)生的身心健康。
(五)深化體育教學(xué)改革
大學(xué)體育是學(xué)校體育的最后階段,體育教學(xué)要以終身健身為出發(fā)點,而民族傳統(tǒng)體育所具有的特性,正適合這一出發(fā)點。現(xiàn)代競技體育和中華民族傳統(tǒng)體育項目的結(jié)合,不僅可以豐富鍛煉項目的種類和數(shù)量,而且可以使學(xué)生在更大的范圍內(nèi)選擇適合自己的鍛煉項目,有利于學(xué)生個性的發(fā)展。在高校體育課的教學(xué)中,開設(shè)民族傳統(tǒng)體育項目如舞龍選修課,是高校體育教學(xué)改革的需要,兩者有機結(jié)合,相輔相成,必然會給高校的體育教學(xué)改革帶來新的生機。
總之,在高校開展舞龍運動不僅可以弘揚中國傳統(tǒng)文化,促進中國文化的發(fā)展,而且通過走進高校的形式,提高人們的愛國意識,增強國家榮譽感。并且通過舞龍運動,可以提高學(xué)生機體運動水平,提高運動能力,增強身體免疫力,對學(xué)生以后個人發(fā)展起到促進作用,增強體育教學(xué)的多樣性。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:智能照明;單片機;壓力傳感器;光敏電阻
中圖分類號:TP319 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2017)06-0259-03
1緒論
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能系統(tǒng)在我們?nèi)粘I钪兴嫉谋戎卦絹碓酱?。智能照明也成為一個重要方向。在生活中,隨處可見的智能照明設(shè)計,如智能燈、在照明方面的計算機硬件和軟件的控制。
本系統(tǒng)主要由信號采集模塊、處理模塊和執(zhí)行模塊三個部分組成。信號采集模塊主要由光敏電阻和壓力傳感器構(gòu)成,用于檢測周圍的環(huán)境情況,確定照明燈周圍的光照強度和檢測是否有人經(jīng)過,并將檢測到的信號傳送給處理器。處理器接收到信號,對信號進行分析、判斷,然后輸出控制信號??刂菩盘栍蓤?zhí)行器執(zhí)行,控制燈光回路的閉合或斷開。
2硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案
系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為信號采集(由光敏電阻和壓力傳感器構(gòu)成)、單片機基本控制系統(tǒng)和LED燈顯示系統(tǒng)。外接的光敏電阻和稱重傳感器接收到信號后,將信號通過放大器處理后傳輸給單片機,單片機分析處理信號,控制三個LED燈的顯示。
2.2 亮度傳感電路
亮度傳感電路包括光敏電阻和亮度比較電路。
2.2.1亮度傳感器
光敏電阻器又叫做光感電阻,是利用的半導(dǎo)體材料制成的電阻器,這種電阻器的電阻值會隨著光照強度的變化而變化;光照強度強,電阻p小;光照強度弱,電阻增大。光敏電阻制成梳狀,這樣則是為了獲得高的靈敏度。光敏電阻實際使用中白天電阻值為10千歐左右,晚上為0.5兆歐左右。
2.2.2連接電路
圖2前部分為亮度傳感電路,R4為光敏電阻,亮度傳感電路使用光敏電阻就是利用光敏電阻感光特性,根據(jù)光照強度的變化使電阻阻值產(chǎn)生變化,將檢測到的光強信號傳送給亮度比較電路。LM393N稱為雙電壓比較器,是高增益,寬頻帶器件,內(nèi)含兩個比較器。將輸入端接收到的電壓信號通過比較器比較后輸入到單片機P1.0口檢測控制D1的點亮和熄滅。
2.3 壓力傳感電路
壓力傳感電路包括壓力傳感器和壓力放大、比較電路。
2.3.1壓力傳感器
壓力傳感器,是對重力敏感的敏感元件,本設(shè)計中使用的傳感器最大承重量為2kg(實際使用需要使用大約100kg承重量的傳感器或者根據(jù)使用者實際情況而定)。采用的是電橋平衡原理,受到壓力時,彈性元件產(chǎn)生形變。壓力傳感器將檢測到的電壓信號傳送到LM358D中進行放大。
2.3.2 壓力傳感電路
LM358D是一塊運算放大電路,該電路既可在單電源工作,也可在雙電源條件下工作。其特點就是電源電壓工作范圍寬。當(dāng)傳感器檢測到重量時,將采集到的信號通過LM358D進行220倍放大,此時393的5腳電平低于6腳,7腳輸出低電平,燈亮;反之,無重量檢測,5腳電平高于6腳時7腳輸出高電平,燈滅。R6用于調(diào)節(jié)觸發(fā)閥值。R7、R8、R10、R11為LM358D的偏置與反饋。
2.4 顯示燈驅(qū)動電路
圖5為顯示燈驅(qū)動電路,主要由一個貼片三極管、繼電器和兩個LED燈等組成,當(dāng)接入高電平時,三極管導(dǎo)通,輸出低電平。當(dāng)線圈中有電流通過,產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵在電磁力的作用下吸向鐵芯,繼電器吸合。這時燈電源被接通。
3軟件設(shè)計
3.1 亮度檢測模塊
由光敏電阻感應(yīng)光強,無光照,LED1燈亮;有光照,LED1燈不亮。設(shè)計原理如圖6所示。
3.2壓力檢測模塊
由壓力傳感器感應(yīng)重量,有重量時LED2燈亮,無重量時LED2不亮。設(shè)計原理如圖7所示。
3.3系統(tǒng)總體設(shè)計
光敏電阻檢測是否有光照,沒有光照LED1亮,有光照結(jié)束。壓力傳感器檢測是否有重量,有重量LED2亮,沒有重量LED2不亮。當(dāng)滿足持續(xù)存在壓力和保持無光,LED3、LED4持續(xù)點亮狀態(tài);若其中任意一項不滿足,則LED3、LED4延遲10s熄滅。
4實物調(diào)試結(jié)果
根據(jù)設(shè)計要求選擇元器件,依照電路圖進行焊接。將調(diào)試好的程序加載到單片機內(nèi),接通電源檢測電路是否正常。
4.1 壓力模塊檢測
將外接稱重傳感器接口對照著插入SIP四角,紅線在上接電源,按下按鈕,此時電路通入電流。輕按傳感器,檢測到重量,D2燈亮,D1、D3、D4不亮??烧{(diào)電阻用于調(diào)節(jié)觸發(fā)閥值。本設(shè)計使用的稱重傳感器最大承重量為2kg。
4.2光敏感應(yīng)檢測
接通電源后,左手握住光敏電阻,降低光照強度,此時燈D1亮,D2、D3、D4不亮,將手松開后,光照強度變強,燈自動熄滅??烧{(diào)電阻用于調(diào)節(jié)觸發(fā)閥值。
4.3 整體檢測
接通電源,用手握住光敏電阻,光照強度減弱,此時燈D1亮;再輕壓稱重傳感器,檢測到重量,此時燈D2亮,兩燈同時一閃熄滅后,此時燈D3、D4亮,若保持存在的壓力和較弱的光照強度,照明燈不熄滅,若兩個條件有任意一個不符合則照明燈延遲10s后自動熄滅。
5結(jié)論
本設(shè)計是基于單片機的家庭門燈控制系統(tǒng),通過硬件與軟件設(shè)計,模擬實現(xiàn)了智能控制,當(dāng)外界光線暗且同時檢測到有人時,門燈會自動打開。反之,這兩個條件中任何一個不滿足,燈都不會打開,達到了智能、節(jié)約的目的。
參考文獻:
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特征曲線常見的有熱敏電阻的“伏―安”特性曲線,光敏電阻的“電阻―照度”曲線,磁敏電阻的“電阻―磁感應(yīng)強度”曲線,還有“電阻率―濃度”曲線,等等.它們多為非線性函數(shù).
1.1給出數(shù)據(jù),讓考生自己繪出圖線
繪圖時要注意縱、橫軸代表的物理量及其單位,標(biāo)度、原點的選取,錯誤數(shù)據(jù)的排查.主要考查學(xué)生的繪圖能力.
例1(2009年山東卷):為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為Lx).某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如表1:
表1照度(Lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018①請在給定的坐標(biāo)系(圖1)中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說明阻值隨照度變化的特點.
②如圖2所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時,控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng),請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路.給1、2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(Lx)時啟動照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響)提供的器材如下:
定值電阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限選其一,并在圖中標(biāo)出);光敏電源E(電動勢3 V,內(nèi)阻不計);開關(guān)S及導(dǎo)線若干.
點評此題是以“研究光敏電阻的阻值隨光照強度變化的規(guī)律”為背景,結(jié)合數(shù)據(jù),繪制圖線,選擇器材,并設(shè)計電路.本題坐標(biāo)系已經(jīng)建好,考生只需將數(shù)據(jù)點描繪出來即可,但描點和繪圖時要求考生既要耐心,又要細(xì)心.
簡析①描點后的圖線如下圖3所示.光敏電阻值隨光照強度的增加非均勻減小.
②電路圖如圖4所示.照度為1.0 Lx時對應(yīng)的電阻值為20 kΩ,要使U12=2 V,則定值電阻上的電壓為1 V,由分壓關(guān)系知,定值電組應(yīng)選R1=10 kΩ.
小結(jié)如果坐標(biāo)系既沒有給出原點坐標(biāo),又沒有給出標(biāo)度值,均由考生自己選定,此時有一總的原則:圖線盡量分布在坐標(biāo)紙的中央?yún)^(qū)域.
1.2給出圖線與數(shù)據(jù),分析應(yīng)用
要充分研究圖線的數(shù)學(xué)特點,再結(jié)合物理含義,提煉出隱含的信息,才能更準(zhǔn)確地作出判斷.考查學(xué)生的理解能力,綜合分析能力,獲取新信息的能力.
例2(2008年山東卷)“巨磁電阻”效應(yīng)已獲諾貝爾獎.材料的電阻隨磁場的增加而增大的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng),利用這種效應(yīng)可以測量磁感應(yīng)強度.若圖5為某磁敏電阻在室溫下的“電阻~磁感應(yīng)強度”特性曲線,其中RB、R0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值.為了測量磁感應(yīng)強度B,需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值RB.請按要求完成下列實驗.
(1)設(shè)計一個可以測量磁場中該磁敏電阻值的電路,在圖6的虛線框內(nèi)畫出實驗電路原理圖(磁敏電阻及所處磁場已給出),待測磁場磁感應(yīng)強度大小約為0.6~1.0 T,不考慮磁場對電路其它部分的影響.要求誤差較小.提供的器材如下:
一、二極管的單向?qū)щ娦灶惲?xí)題
例1(2006?海淀)閱讀下面短文,回答問題。
二極管的導(dǎo)電特性
二極管是一種電學(xué)元件,它最重要的特性就是單向?qū)щ娦?。圖1甲所示是二極管的實物圖和它的電路圖符號,在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負(fù)極流出。下面通過簡單的實臉說明二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>
方法是:將二極管與一個小燈泡、一個開關(guān)串聯(lián)在干電池兩端。閉合開關(guān)后,若燈泡亮,表明二極管的連接方式是圖1乙所示,這種連接方式相當(dāng)于電路中的通路狀態(tài);若燈泡不亮,表明二極管的連接方式是圖1丙所示,這種連接方式相當(dāng)于電路中的斷路狀態(tài)。這個實驗很直觀地說明了二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>
(1)把二極管、小燈泡、電池、開關(guān)分別連接成圖2所示電路,請分別說明閉合開關(guān)后甲、乙電路中的小燈泡是否發(fā)光?
(2)請設(shè)計一個實驗,利用二極管判斷蓄電池的正負(fù)極(沒有電壓表、電流表,其他器材自選)。請在虛線解析:(1)由二極管的單向?qū)щ娦钥芍弘娏饔啥O管的正極流入,二極管相當(dāng)于一根導(dǎo)線,電路形成通路;電流由二極管的負(fù)極流入,二極管相當(dāng)于開關(guān)斷開,電路形成斷路。所以,圖2甲中小燈泡發(fā)光,圖2乙中小燈泡不發(fā)光。
(2)電路圖如圖3所示。判斷方法:閉合開關(guān)后,若小燈泡亮,則二極管正極一端是蓄電池的正極;若小燈泡不亮,則二極管正極一端是蓄電池的負(fù)極。
二、光敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題
例2(2007?連云港)圖4甲所示是某生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品輸送及計數(shù)裝置示意圖。其中S為一激光源,R1為光敏電阻(有光照射時,阻值較?。粺o光照射時,阻值較大),R2為定值保護電阻,a、b間接一“示波器”(示波器的接入不影響電路)。光敏電阻兩端的電壓隨時間變化的圖象,可由示波器顯示出來。水平傳送帶勻速前進,每當(dāng)產(chǎn)品從傳送帶上通過S與R1之間時,射向光敏電阻的光線會被產(chǎn)品擋住。若運送邊長為0.1 m,質(zhì)量為0.6 kg的均勻正方體產(chǎn)品時,示波器顯示的電壓隨時間變化的圖象如圖4乙所示。請回答下列問題:
(1)此產(chǎn)品的密度為多大?
(2)產(chǎn)品對傳送帶的壓強為多大?(g取10 N/kg)
(3)已知計數(shù)器電路的電源電壓恒為6 V,保護電阻R2的阻值為40 Ω,求光敏電阻在兩種狀態(tài)下的阻值分別為多大?光敏電阻1 h消耗的電能為多少?
(3)有光照射時
U1=2 V
U2=U-U1=4 V
光被擋住時
U1′=4 V
U2′=U-U1′=2 V
光敏電阻1 h消耗的電能
W總=W1+W2=(480+240) J=720 J
三、壓敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題
例3(2007?鎮(zhèn)江)有一種測量壓力的測力計,其原理圖如圖5所示,電源電壓為6 V,并保持不變。R是一個壓敏電阻,R0是一個阻值為400 Ω的定值電阻,它能對壓敏電阻R起保護作用,G是由量程很小的電流表改裝成的指針式測力顯示器。R的阻值可隨壓力F的大小變化而改變,其關(guān)系如下表所示且保持不變。
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖6所示坐標(biāo)系中畫出壓敏電阻R的阻值隨壓力F的大小變化的圖象。
(2)利用表中的數(shù)據(jù)或R的阻值隨壓力F的大小變化的圖象,歸納出R的阻值隨壓力F的大小變化的關(guān)系式。
(3)若電阻R0的耐壓值(即能承受的最大電壓)為5 V,則該測力計的最大測量值為多少牛頓?
解析:(1)用描點法作出圖象,圖象見圖7。
式為R=kF+b,代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得R=300-0.4F。
(3)從上式可知:當(dāng)壓力增大時,壓敏電阻值減??;當(dāng)電阻R0兩端電壓U0=5 V時,壓敏電阻兩端的電壓次函數(shù)關(guān)系所以測力計顯示器的刻度是不均勻的。
四、熱敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題
例4(2008?蘇州)小明在科技活動中,了解到有一種用半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻,其電阻R隨溫度T變化的圖象如圖8甲所示。
(1)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而_____________(選填“增大”或“減小”)。
(2)小明想利用熱敏電阻制成溫度報警器。實驗室中現(xiàn)有兩只外形完全相同的電阻R1和R2,其中一只為熱敏電阻,另一只為定值電阻(阻值不隨溫度的變化而變化)。為了辨別它們,小明設(shè)計了如圖8乙所示的電路。
①接下來小明應(yīng)如何操作?
答:__________________________________________
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②根據(jù)觀察到的什么現(xiàn)象辨別出熱敏電阻?
答:__________________________________________
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解析:(1)由圖象可知,熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。