Xây dựng ý tưởng dự án và quyết định chủ đề

Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 8: Cảm biến và bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng - Chân trời sáng tạo

Dự án trang 42 Chuyên đề Vật Lí 11: * Xây dựng ý tưởng dự án và quyết định chủ đề:

- Mục đích:

Phân loại một số cảm biến theo nguyên tắc hoạt động phạm vi sử dụng và hiệu quả kinh tế (như cảm biến sử dụng điện trở nhiệt, cảm biến sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng), tìm hiểu một số tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng.

- Vấn đề thực tiễn:

Với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay thì việc sử dụng các cảm biến cho các hoạt động diễn ra trong ngôi nhà của chúng ta và một số hoạt động trong cuộc sống là điều tất yếu. Việc lựa chọn cảm biến cho từng mục tiêu cụ thể cũng phải được nghiên cứu kĩ, vừa đảm bảo hoạt động hiệu quả trong từng mạch điện ứng dụng, vừa phù hợp với nhu cầu và khả năng kinh tế của người sử dụng. Hãy thực hiện các hoạt động để cụ thể hoá các mục đích của dự án.

* Lập kế hoạch thực hiện dự án:

– Phân tích các hoạt động trong ngôi nhà hoặc trong cuộc sống có thể sử dụng cảm biến.

– Tìm hiểu các nguồn tài liệu tham khảo về các cảm biến được lựa chọn.

– Thiết lập danh mục các cảm biến được chọn trong đó nêu rõ: chức năng, nguyên tắc hoạt động, ứng dụng và giá thành tại thời điểm báo cáo dự án với từng loại cảm biến (Bảng 8.1).

– Tìm hiểu sơ đồ nguyên lí hoạt động của cảm biến sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng và cảm biến sử dụng điện trở nhiệt, nguyên lí hoạt động của các mạch điện có sử dụng bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng.

– Thực hiện 2 video minh hoạ về nguyên tắc hoạt động của cảm biến sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng và cảm biến sử dụng điện trở nhiệt (Bảng 8.2).

– Thống kê một số ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng trong thực tế tương ứng với từng tính chất cơ bản của nó (Bảng 8.3).

– Xử lí thông tin và điền thông tin vào các Bảng 8.1, 8.2 và 8.3.

* Báo cáo kết quả:

Công bố sản phẩm và báo cáo kết quả thực hiện dự án.

Lời giải:

Học sinh tự thực hiện các hoạt động theo hướng dẫn ở trên và có thể tham khảo bảng báo cáo dưới đây

Bảng 8.1. Thông tin kết quả tìm hiểu dự án nghiên cứu về cảm biến

STT	Cảm biến	Chức năng	Nguyên tắc hoạt động	Ứng dụng	Giá thành
1	Khoảng cách	Xác định khoảng cách từ điểm đặt cảm biến đến điểm cần xét	Tia laser hoặc sóng siêu âm được phát ra từ máy đo khoảng cách, khi gặp vật thể sẽ bị phản xạ và quay trở lại máy đo. Sau khi ghi nhận tín hiệu phản xạ, máy đo sẽ phân tích và xác định khoảng cách từ máy đo đến vật thể cần xét.	Định vị vị trí container (được lắp trên cần cẩu tại cảng), xác định mức chất lỏng hoặc lượng chất rắn trong bồn chứa, phát hiện vật cản	Vài chục nghìn đồng
2	Tốc độ	Đo tốc độ của vật chuyển động	- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ: chuyển động của cuộn dây trong từ trường hoặc cho từ trường biến thiên thì trong cuộn dây xuất hiện suất điện động có giá trị phụ thuộc tốc độ chuyển động, từ đó xác định được tốc độ của vật. - Dựa vào hiệu ứng Doppler: thiết bị phát sóng tới vật chuyển động, thu nhận sóng phản xạ sau đó phân tích xác định được tốc độ của vật.	- Kiểm soát tốc độ xe - Máy xác định tốc độ từ xa	Vài trăm nghìn đồng
3	Ánh sáng	Điều khiển các thiết bị liên quan đến ánh sáng	Sử dụng các diode phát quang hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong, tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện.	Các thiết bị điều khiển từ xa, thiết bị điện tử, thiết bị y tế, thiết bị đo lường, thiết bị bật tắt đèn tự động, báo trộm.	Vài chục nghìn đến vài triệu đồng
…	…	…	…	…	…

- Phần video các em tự hoàn thiện và điền vào bảng 8.2

Bảng 8.3. Thống kê ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng

Tính chất cơ bản	Ứng dụng
Hệ số khuếch đại vòng hở vô cùng lớn, cho phép khuếch đại các tín hiệu có biên độ rất nhỏ thành tín hiệu đầu ra có biên độ lớn.	Học sinh tự tìm hiểu điền các ứng dụng tương ứng
Tổng trở đầu vào của op-amp rất lớn, điều này giúp cho dòng điện đầu vào bằng 0, mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé.
Tổng trở đầu ra của op-amp rất nhỏ, mạch nối với đầu ra của op-amp không bị sụt áp, cho phép op-amp cung cấp dòng tốt cho phụ tải.
Đáp ứng tần số cao, tức là op-amp hoạt động rất linh hoạt trên nhiều dải tần số tín hiệu dầu vào.

Lời giải Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 8: Cảm biến và bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hay, chi tiết khác:

• Mở đầu trang 42 Chuyên đề Vật Lí 11: Nhà thông minh (Smart Home) là nhà được thiết kế để người dùng có thể kiểm soát các chức năng như bảo mật, nhiệt độ, ánh sáng...

• Câu hỏi 1 trang 42 Chuyên đề Vật Lí 11: Các hoạt động nào sau đây có thể sử dụng cảm biến? Chỉ ra loại cảm biến có thể sử dụng.....

• Câu hỏi 2 trang 45 Chuyên đề Vật Lí 11: Vì sao cảm biến khoảng cách sử dụng sóng siêu âm có thể phát hiện được sản phẩm bị móp, méo hoặc nứt trên băng chuyền?....

• Câu hỏi 3 trang 45 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu đặc điểm của máy xác định tốc độ từ xa dùng tia laser và so sánh với máy xác định tốc độ dùng sóng radar....

• Câu hỏi 4 trang 47 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu và trình bày cấu tạo của diode quang trong cảm biến ánh sáng.....

• Luyện tập trang 47 Chuyên đề Vật Lí 11: Trong nhà máy sản xuất nước giải khát có ga, để đảm bảo quy tắc an toàn, ta phải kiểm soát được nhiệt độ máy trong quá trình pha chế nguyên liệu...

• Luyện tập trang 48 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu sơ đồ và nguyên lí hoạt động của một mạch điện có cảm biến sử dụng điện trở phụ thuộc ánh sáng.....

• Câu hỏi 5 trang 49 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu một ứng dụng cụ thể của từng loại điện trở nhiệt PTC và NTC.....

• Câu hỏi 6 trang 49 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu và trình bày các mạch điện thông dụng có cảm biến sử dụng điện trở nhiệt.....

• Câu hỏi 7 trang 50 Chuyên đề Vật Lí 11: Phác hoạ đồ thị tín hiệu đầu ra trong trường hợp tín hiệu đầu vào như Hình 8.11a được khuếch đại đảo dùng op-amp.....

• Luyện tập trang 51 Chuyên đề Vật Lí 11: Một op-amp có hệ số khuếch đại K = 1 000 000 được nối với nguồn một chiều 9 V...

• Bài tập trang 51 Chuyên đề Vật Lí 11: Tìm hiểu và trình bày ứng dụng thực tiễn của một số loại cảm biến như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói.....

Xem thêm lời giải bài tập Chuyên đề học tập Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

• Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 4: Thế năng hấp dẫn. Thế hấp dẫn

• Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 5: Biến điệu

• Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 6: Tín hiệu tương tự và tín hiệu số

• Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 7: Suy giảm tín hiệu

• Chuyên đề Vật Lí 11 Bài 9: Thiết bị đầu ra

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 11 hay khác:

• Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Kết nối tri thức
• Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Cánh diều
• Giải lớp 11 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 11 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 11 Cánh diều (các môn học)

---