Giáo án NLS chuyên đề Vật lí 11 Bài 7: Cảm biến

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV phân tích chức năng và hoạt động của một số thiết bị có gắn cảm biến từ đó chỉ ra rằng muốn thiết bị hoạt động thì phải có một linh kiện để biến các dạng tín hiệu kích thích thành tín hiệu điện. Linh kiện đó chính là cảm biến.

- GV chiếu sơ đồ nguyên lý hoạt động của một số thiết bị có gắn cảm biến (Hình 7.1 & Hình 7.2 SGK tr43).

- GV yêu cầu HS thảo luận để đưa ra đặc điểm chung của cảm biến, từ đó nêu khái niệm về cảm biến theo cách hiểu của HS 

- GV tổng hợp các ý kiến của HS để đưa ra được nhận định: Các cảm biến có thể khác nhau nhưng đều có điểm chung là cho ra tín hiệu cuối cùng là tín hiệu điện.

- GV đưa ra khái niệm đầy đủ về cảm biến cho HS.

- GV chiếu cho HS quan sát hình 7.3 về một số loại cảm biến:

- GV yêu cầu HS thảo luận trả lời câu hỏi trong SGK tr44: 

CH1. Để phát thanh, người ta dùng máy tăng ăm, bộ loa và micro. Trong ba thiết bị đó, thiết bị nào được gọi là cảm biến? Tại sao?

CH2. Hãy kể tên một số thiết bị, vật dụng có sử dụng cảm biến mà em biết.

- GV hướng dẫn HS dùng trợ lý Chatbot AI (ChatGPT/Gemini) giải thích cơ chế chuyển đổi dao động cơ thành dao động điện trong micro.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS thảo luận nhóm, tìm hiểu về khái niệm cảm biến.

- HS đặt prompt cho Chatbot AI: “Giải thích nguyên lý chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành điện áp trong micro điện động.” và đối chiếu với SGK.

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

- GV mời đại diện HS của các nhóm trình bày kết quả thảo luận

- 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. 

I. Khái niệm và phân loại cảm biến 

Cảm biến là theiets bị điểm tự cảm nhận trạng thái hay quá trình vật lí, hóa học, sinh học và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó 

* CH (SGK – tr44) 

1. Micro được gọi là cảm biến vì micro là thiết bị (linh kiện) biến đổi các dao động cơ thành dao động điện.

2. Một số thiết bị, vật dụng có sử dụng cảm biến: hệ thống báo cháy (dùng cảm biến khói), bếp điện (dùng cảm biến nhiệt), đầu đọc thẻ ra vào thang máy (dùng cảm biến từ trường), đèn tự động bật, tắt khi có người (cảm biến tiệm cận hồng ngoại),... 

[2.1.NC1a]: HS tương tác trên môi trường số, quan sát sơ đồ nguyên lý cảm biến trên phần mềm trình chiếu.

[11.C3.2]: HS mô tả được công nghệ cảm biến micro là 'giác quan' thu âm thanh đầu vào cho hệ thống AI xử lý ngôn ngữ tự nhiên.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

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

- GV trình chiếu mô phỏng thí nghiệm đo điện trở LDR theo cường độ chiếu sáng (sử dụng phần mềm mô phỏng đồ thị GeoGebra / Tinkercad Circuits).

- GV chuẩn bị một thí nghiệm đơn giản để khảo sát sự thay đổi điện trở của quang điện trở theo cường độ sáng như sau:

+ Dụng cụ: một điện trở quang, một điện thoại có đèn LED và phần mềm đo cường độ sáng, ba đoạn ống có chiều dài L khác nhau và một đồng hồ vạn năng (sử dụng các đoạn ống là để tránh ánh sáng bên ngoài chiếu vào quang điện trở).

+ Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc điện trở của điện trở quang vào ánh sáng 

- GV hướng dẫn HS lập bảng ghi số liệu và mời một hoặc một nhóm HS cùng tham gia thí nghiệm theo các bước:

1. Tắt đèn và đo điện trở 

2. Bật đèn, đo điện trở, cường độ sáng ứng với 3 khoảng cách L khác nhau và ghi kết quả vào bảng.

Chú ý: Bóng đèn LED có thể được coi là nguồn sáng điểm, do đó cường độ sáng được coi như tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Nếu không có thiết bị đo cường độ sáng thì có thể dựa vào tính chất này để khảo sát định tính sự phụ thuộc của điện trở vào cường độ sáng.

- Từ bảng số liệu vừa lập, có thể vẽ đồ thị sự phụ thuộc của điện trở với cường độ sáng.

- GV yêu cầu HS thảo luận trả lời câu hỏi trong SGK – tr45: Từ Hình 7.6, hãy nhận xét về mức độ thay đổi điện trở của điện trở quang theo cường độ sáng.

- HS nêu nhận xét đồ thị vừa vẽ để dẫn tới kết luận: điện trở giảm theo cường độ sáng không theo quy luật tuyến tính

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 luyện tập.

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG ĐIỆN TRỞ PHỤ THUỘC ÁNH SÁNG VÀ ĐIỆN TRỞ NHIỆT

1. Điện trở phụ thuộc ánh sáng (điện trở quang)

- Điện trở quang là một linh kiện điện tử mà điện trở của nó phụ thuộc mạnh vào ánh sáng

- Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào điện trở quang một số electron sẽ bị bứt ra khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do. Kết quả là làm điện trở của nó giảm. Ánh sáng càng mạnh thì điện trở giảm càng nhiều.

Câu hỏi (SGK – tr45)

Ở vùng có cường độ sáng càng lớn thì tốc độ thay đổi điện trở theo cường độ sáng càng yếu. 

* Kết luận: điện trở giảm theo cường độ sáng không theo quy luật tuyến tính

[2.1.NC1a]: HS tương tác với mô phỏng thí nghiệm số khảo sát LDR.

[5.3.NC1a]: HS quan sát và phân tích đồ thị đặc tuyến phi tuyến trên phần mềm GeoGebra/Tinkercad.