Giáo án chuyên đề Vật lí 11 kết nối chuyên đề 3 Bài 9: Mạch điện ứng dụng đơn giản (P2)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

' - GV đặt vấn đề: giả sử có một cảm biến khí sao cho khi có rò rỉ khí thì điện trở của cảm biến giảm.

- GV đặt câu hỏi: So sánh cảm biến quang điện trở và cảm biến khí trên

à HS có thể trả lời: Điện trở của quang điện trở giảm khi có ánh sáng chiếu vào; điện trở cảm biến khí giảm khi có khói.

- GV đặt câu hỏi: Thay cảm biến ánh sáng bằng cảm biến khí để có mạch điện cảnh báo rò rỉ khí, hãy so sánh tín hiệu ra của mạch điện chiếu sáng tự động và tín hiệu ra của mạch báo rò rỉ khí cháy nổ.

à HS có thể trả lời: có ánh sáng thì tín hiệu ra của mạch chiếu sáng tự động ở mức thấp (bằng 0); có khí rò rỉ thì tín hiệu ra của mạch báo rò rỉ khí ở mức cao.

- GV đặt câu hỏi: Với mạch cảnh báo rò rỉ khí thì khi nào cần đóng (ngắt) relay?

à HS trả lời: khi có khí rò rỉ thì đóng relay, khi không có khí rò rỉ thì ngắt relay.

- GV đặt yêu cầu: Làm thế nào để relay đóng, ngắt theo yêu cầu ở trên?

- GV tổ chức cho HS hoạt động theo nhóm để thiết kế mạch điện.

- GV có thể đặt các câu hỏi gợi ý hoặc hướng dẫn cho HS cải tiến mạch chiếu sáng tự động thành mạch báo rò rỉ khí cháy nổ bằng cách thay bóng đèn bằng một còi báo cháy và thay R. (của mạch tự chiếu sáng) bằng cảm biến khí đồng thời đảo chiều diode hoặc giữ nguyên chiều diode nhưng hoán đổi vị trí Rs và R trong mạch điện.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS so sánh cảm biến quang điện trở và cảm biến khí đã tìm hiểu ở mục trước, để thiết kế mạch điện cảnh báo rò rỉ cháy nổ.

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

- GV mời đại diện HS trả lời các các câu hỏi đinh hướng

- GV mời đại diện HS các nhóm trình bày bản thiết kế mạch điện cảnh báo rò rỉ cháy nổ

- 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, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

2. Mạch điện cảnh báo rò rỉ cháy nổ

Sơ đồ mạch điện của thiết bị cảnh báo rò rỉ cháy nổ

- Mạch điện cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ hoạt động tương tự như mạch tự động bật tắt bóng đèn.

- Con chạy của biến trở R₀ được đặt sao cho điện áp U₀ chỉ cao hơn điện áp U_S một chút khi không có rò rỉ khí.

- Khi không có rò rỉ khí, điện áp U_r ở mức thấp, còi không kêu. Khi có rò rỉ khí, điện trở của cảm biến giảm xuống đột ngột làm cho điện áp U_s tăng nhanh. Nếu điện áp U_s tăng cao hơn điện áp U₀ thì điện áp U_r sẽ ở mức cao, còi cảnh báo sẽ được kích hoạt để phát ra âm thanh.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

'- GV giới thiệu hoạt động của diode thu phát hồng ngoại.

Chú ý nhấn mạnh ở các điểm sau:

+ Diode thu hồng ngoại mắc ở chế độ phân cực ngược, có điện trở rất lớn khi không được chiếu sáng và điện trở của nó giảm nhanh khi được chiếu sáng.

+ Tia hồng ngoại có bản chất giống ánh sáng, do đó nó cũng bị phản xạ khi gặp vật cản.

 - GV cho HS quan sát lại mạch điện Hình 9.2 trong SGK

- GV tạo mạch điện mới bằng cách thay R₁ bằng diode thu hồng ngoại mắc ở chế độ phân cực ngược như Hình 9.3.

Mạch tạo tín hiệu đóng – ngắt thiết bị sử dụng diode thu hồng ngoại

- GV đặt câu hỏi: Giả sử điện áp lối ra U_r đang ở mức thấp, nếu ta chiếu tia hồng ngoại vào diode thì điện áp U_r sẽ thay đổi thế nào?

à HS có thể sẽ trả lời được: U_r sẽ chuyển lên mức cao.

- Trên cơ sở đó GV đặt câu hỏi: Giả sử ta có diode phát tia hồng ngoại đặt ở một vị trí cách xa diode thu hồng ngoại. Điểu chỉnh R₀ sao cho điện áp U_r ở mức thấp. U_r sẽ như thế nào nếu ta đưa diode phát hồng ngoại tới gần diode thu hồng ngoại? Tại sao?

à HS có thể sẽ trả lời được: U_r sẽ chuyển lên mức cao vì cường độ tia hồng ngoại tới diode thu hồng ngoại tăng lên làm U_R2 tăng vượt U_RO

- Trên cơ sở đó: GV đưa ra nhận xét: Như vậy chúng ta có thể dùng tia hồng ngoại để điều khiển trạng thái điện áp lối ra của mạch khuếch đại thuật toán, tức là có thể điều khiển được thiết bị bằng tia hồng ngoại. Dựa vào tính chất này của mạch điện, chúng ta có thể thiết kế được mạch điện đóng, mở van nước tự động như Hình 9.8 SGK.

- GV cho HS quan sát sơ đồ mạch đóng, mở van nước tự động (Hình 9.8 SGK) và cách bố trí các linh kiện thu, phát hồng ngoại (Hình 9,9 SGK) đồng thời giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch điện này.

- GV yêu cầu HS thảo luận trả lời câu hỏi trong SGK – tr57: Tại sao khi đưa tay tới gần vòi nước (Hình 9.9) thì tín hiệu phản xạ hồng ngoại tới đầu thu hồng ngoại lại tăng lên?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS trả lời các câu hỏi đinh hướng mà GV đưa ra để tìm hiểu về thiết kế mạch tự động đóng mở van nước

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

- GV mời đại diện HS trả lời các các câu hỏi đinh hướng

- GV mời đại diện HS các nhóm trình bày bản thiết kế mạch tự động đóng mở van nước

- 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, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

3. Mạch điện tự dộng đóng mở van nước

Sơ đồ mạch điện đóng mở van nước tự động

* Câu hỏi (SGK – tr57)

Tín hiệu hồng ngoại ở càng gần nguồn phát thì càng mạnh. Nguồn phát tín hiệu đặt ở đầu vòi nước, đưa tay đến gần vòi nước tức là làm tín hiệu hồng ngoại ở tay mạnh hơn do đó tín hiệu phản xạ hồng ngoại trên tay tới đầu thu hồng ngoại cũng tăng lên.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho HS ôn lại kiến thức phần “sử dụng điện trở quang và điện trở nhiệt để làm cảm biến” và các sơ đồ khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại thuật toán. Mục đích là để HS hiểu rõ quy luật thay đổi điện áp U_t theo nhiệt độ của điện trở R_t và cách thiết kế một mạch khuếch đại.

- GV cung cấp sơ đồ mạch điện ứng dụng điện trở nhiệt làm cảm biến

- GV chú ý nhấn mạnh các điểm sau:

+ Nhiệt độ tăng thì U_t giảm và ngược lại

+ Ảnh hưởng của dòng điện lên nhiệt độ của cảm biến R_t (dòng điện lớn thì nhiệt độ cao)

à Để cảm biến xác định chính xác nhiệt độ môi trường thì dòng điện qua nó phải nhỏ.

- GV đặt câu hỏi: chúng ta có thể dùng vôn kế để đo trực tiếp điện áp U_t để quy ra nhiệt độ không?

àHS trả lời theo hướng là có thể.

- Trên cơ sở đó, GV phân tích các câu trả lời của HS và đưa ra nhận xét: Về nguyên tắc chúng ta có thể dùng đồng hồ đo trực tiếp điện áp trên R_t để quy ra nhiệt độ. Tuy nhiên, dòng điện qua R_t phải nhỏ để nó không sinh nhiệt trên cảm biến nên điện điện áp U_t cũng nhỏ, làm phép đo khó thực hiện. Chính vì vậy, chúng ta cần phải có mạch khuếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp này lên nhiều lần. Ngoài ra, tín hiệu được khuếch đại cũng giúp chúng ta dễ quan sát sự thay đổi của điện áp theo nhiệt độ hơn. Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu được chỉ ra trong Hình 9.10 SGK. Với mạch điện này, điện áp U_t sẽ được tăng lên nhiều lần.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS trả lời các câu hỏi đinh hướng mà GV đưa ra để tìm hiểu về thiết kế mạch điện đo nhiệt độ

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

- GV mời đại diện HS trả lời các các câu hỏi đinh hướng

- GV mời đại diện HS các nhóm trình bày bản thiết kế mạch điện đo nhiệt độ

- 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, chuẩn kiến thức và chuyển sang nội dung mới.

4. Mạch điện đo nhiệt độ

Sơ đồ mạch điện đo nhiệt độ sử dụng cảm biến điện trở NTC

- Mạch khuếch đại thuật toán mắc trong sơ đồ trên cho phép khuếch đại tín hiệu từ cảm biến lên nhiều lần với tín hiệu đầu vào đồng pha với tín hiệu đầu ra

- Ứng với mỗi nhiệt độ của cảm biến sẽ có một điện áp lối ra của mạch khuếch đại. Do góc quay của kim vôn kế tỉ lệ với điện áp nên ứng với mỗi giá trị của nhiệt độ sẽ có một giá trị của góc quay. Và ngược lại, khi biết được góc quay của kim vôn kế, chúng ta cũng biết được nhiệt độ của cảm biến.