Giáo án chuyên đề Vật lí 11 kết nối chuyên đề 3 Bài 7: Cảm biến (P2)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu một số hình ảnh và kí hiệu về điện trở nhiệt trong mạch điện.

- GV yêu cầu HS nghiên cứu nội dung trong SGK nêu khái niệm về điện trở nhiệt và cách phân loại điện trở nhiệt

- GV chiếu cho HS quan sát đồ thị sự phụ thuộc của điện trở nhiệt NTC vào nhiệt độ

- GV yêu cầu HS thảo luận trả lời câu hỏi trong SGK – tr45: Để tránh dòng điện quá lớn đi qua một thiết bị điện người ta mắc nối tiếp thiết bị điện này với một điện trở nhiệt. Theo em ta nên dùng điện trở nhiệt NTC hay PTC cho mục đích trên? Tại sao?

- GV đưa ra nhận xét và tổng hợp vấn đề.   

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung tiếp theo

1. Điện trở nhiệt

- Điện trở nhiệt là một loại linh kiện điện tử mà điện trở của nó thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi

- Kí hiệu điện trở nhiệt trong mạch điện.

- Điện trở nhiệt được chia thành hai loại:

+ Điện trở có hệ số nhiệt âm (NTC)

+ Điện trở có hệ số nhiệt dương (PTC)

- Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của điện trở nhiệt là không tuyến tính

Câu hỏi (SGK – tr45)

Trong trường hợp này phải dùng điện trở nhiệt PTC vì khi dòng điện quá cao qua điện trở nhiệt PTC sẽ làm cho nhiệt độ của điện trở này tăng lên cao dẫn đến điện trở của nó tăng mạnh. Điện trở tăng sẽ làm cho dòng điện qua mạch giảm xuống, do đó có thể tránh cho thiết bị bị hỏng vì dòng điện vượt ngưỡng.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt câu hỏi: chúng ta có thể dùng điện trở quang và điện trở nhiệt để đo cường độ sáng hoặc nhiệt độ được không? Nếu được thì đo bằng cách nào?

à HS có thể trả lời là bằng cách đo điện trở rồi quy ra cường độ sáng hoặc nhiệt độ.

- GV đặt vấn đề: Trong ứng dụng thực tế, nhiều khi chúng ta cần một sự biến đổi điện áp hoặc dòng điện để điều khiển các thiết bị. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để biến sự thay đổi điện trở của cảm biến thành sự thay đổi của điện áp hay dòng điện trong mạch điện?

- Nếu HS không trả lời được thì GV có thể gợi ý bằng cách đưa ra mạch điện như trong SGK.

- GV đặt câu hỏi: Với mạch điện này thì điện áp trên điện trở thay đổi như thế nào khi điện trở của điện trở quang (hoặc điện trở nhiệt) thay đổi?

à HS có thể vận dụng định luật Ôm để giải thích sự thay đổi điện áp trên điện trở: Khi điện trở R_s thay đổi thì điện áp U_RS trên nó và điện áp U_R trên điện trở R cũng thay đổi theo. 

- GV đưa ra nhận xét: khi ánh sáng (hoặc nhiệt độ) thay đổi sẽ làm điện trở của điện trở quang (hoặc điện trở nhiệt) thay đổi dẫn đến điện áp trên điện trở cũng thay đổi một cách tương ứng. Với mạch điện này, điện trở quang và điện trở nhiệt sẽ hoạt động như một cảm biến vì cứ mỗi một thay đổi của ánh sáng (hoặc nhiệt độ) đều tạo ra một tín hiệu điện

- GV yêu cầu HS nghiên cứu nội dung trong SGK, kết hợp với các kiến thức đã học về điện trở quang và điện trở nhiệt, thảo luận trả lời các câu hỏi trong SGK – tr47:

CH1. Tại sao điện trở quang và điện trở nhiệt lại có thể được sử dụng để làm cảm biến?

CH2. Phân biệt sự giống nhau và khác nhau giữa điện trở quang và điện trở nhiệt.

CH3. Từ đồ thị trong Hình 7.6 và Hình 7.9, em hãy cho biết điện trở quang và điện trở nhiệt NTC hoạt động trong vùng ánh sáng và nhiệt độ nào thì tốt?

- GV đưa ra nhận xét và tổng hợp vấn đề.   

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận, trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung tiếp theo

3. Sử dụng điện trở quang và điện trở nhiệt để làm cảm biến

Câu hỏi (SGK – tr47)

1. Điện trở quang và điện trở nhiệt lại có thể được sử dụng để làm cảm biến vì: Điện trở của quang điện trở và điện trở nhiệt có thể thay đổi theo cường độ sáng và nhiệt độ. Chính vì vậy, ta có thể dễ dàng thiết kế mạch điện để biến sự thay đổi điện trở của chúng thành sự thay đổi dòng điện hay điện áp. Nói cách khác, chúng ta có thể biến sự thay đổi tín hiệu ánh sáng hoặc nhiệt độ ở lối vào thành sự thay đổi tín hiệu điện ở lối ra của mạch điện giống như là một cảm biến ánh sáng và nhiệt độ.

2. Phân biệt sự giống nhau và khác nhau giữa điện trở quang và điện trở nhiệt:

- Sự giống nhau giữa điện trở quang và điện trở nhiệt là điện trở của chúng đều thay đổi một cách không tuyến tính khi có tác động của môi trường thích hợp (cụ thể là ánh sáng và nhiệt độ).

- Sự khác nhau cơ bản giữa chúng là điện trở của điện trở nhiệt thay đổi mạnh khi có tác động của nhiệt độ trong khi điện trở của điện trở quang chỉ thay đổi mạnh dưới tác động của ánh sáng.

3. Từ các đồ thị trên Hình 7.6 và Hình 7.9 SGK, ta dễ dàng nhận thấy độ dốc của đường cong là lớn ở vùng ánh sáng yếu (đối với quang điện trở Hình 7.6 ) hoặc nhiệt độ thấp (đối với điện trở nhiệt Hình 7.9). Điều này có nghĩa là sự thay đổi điện trở của các linh kiện trên là mạnh. Do đó, điện trở quang hoạt động tốt trong vùng ánh sáng yếu và điện trở nhiệt hoạt động tốt trong vùng nhiệt độ thấp.