Tải bản đầy đủ

Bài dự thi liên môn môn vật lý

PHIẾU THÔNG TIN VỀ HỌC SINH DỰ THI


1. TÊN TÌNH HUỐNG:
VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ
LÀM VIỆC
VÀ CÈCH TỰ CHẾ TẠO "CÔNG TẮC QUANG
ĐIỆN"
2. MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG:
- Vận dụng các kiến thức đã học trong các m{n Vật lí, Hóa học, C{ng nghệ, Địa
lí để tum hiểu nguyrn lý làm việc và cách tự chế tạo "c{ng tắc quang điện".
- Tự làm sản phẩm cho gia đunh, đồng thời có những thay đổi để ph hợp với
mục đích sử dụng của bản thkn.
3. TỔNG QUAN VỀ CÈC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC
GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
Để nghirn cứu và giải quyết được tunh huống trrn em thấy có thể vận dụng
nhiều kiến thức các m{n học trong nhà trường để giải quyết tunh huống.
Cụ thể em đã vận dụng các kiến thức thuộc các m{n:
* Môn Vật lí:
+ Quang điện trở
+ Các hiện tượng dính ướt và kh{ng dính ướt

* Môn công nghệ:
+ Các linh kiện: điện trở, tụ
điện, tranzito… + Mạch nguồn
1 chiều
* Môn hóa học:
+ Hiện tượng ăn mòn kim loại
* Các kiến thức môn tin học
+ Tum kiếm th{ng tin trrn
mạng internet + Sử dụng
các phần mềm tin học
* Các kiến thức môn địa lí
+ Thời gian ngày và đrm giữa các thời điểm khác nhau trong năm.
4. GIẢI PHÈP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
4.1 Tunh hunh thực tế: Một số ví trí như đèn an ninh, đèn đường,…chỉ
có nhu cầu bật khi trời tối và khi trời sáng thu tự động tắt. Quá trunh này được
lặp đi lặp lại theo quy luật.
4.2 Giải pháp giải quyết:
- Nếu ta có thể chế tạo thiết bị tự động thực hiện c{ng việc bật tắt đèn theo
ánh sáng m{i trường thu sẽ giúp tiết kiệm thời gian chiếu sáng, tiết kiệm điện,
đồng thời tiện lợi cho người d ng. Giải pháp đó chính là c{ng tắc quang điện
giúp chúng ta điều khiển khi trời tối thu đèn sáng, khi trời sáng thu đèn tắt.


- Dựa trrn những kiến thức đã học em sẽ tum hiểu nguyrn lý hoạt động và
cách tự làm mạch điện bật tắt đèn dựa vào ánh sáng. Qua đky em sẽ vận dụng
được những kiến thức trong sách vở vào thực tế cuộc sống.


5. Thuyết minh tiến trunh giải quyết tunh huống
- Theo m{n Địa lí, thời gian ngày
và đrm là kh{ng giống nhau tại
các thời điểm khác nhau trong
năm. Đó là do ảnh hưởng của độ
nghirng 23,50 của trục trái đất so
với mặt phẳng quỹ đạo của nó khi
quay xung quanh mặt trời (Hunh
1). Vì vậy nếu sử dụng
đồng hồ để điều khiển
đèn bật tắt theo giờ là
không phù hợp.


Ví dụ: Ngày mùa hè
dài hơn ngày
mùa đông. Mùa hè
trời có thể đến
19h mới tối, nhưng mùa đông
thì chỉ 17h có thể đã tối.

Hunh 1. Hunh ảnh trục trái đất bị nghirng so
với
mặt
phẳng quỹ đạo

- Vậy để bật tắt đèn chính xác ta cần
một
thiết
bị

thể cảm nhận được sự thay đổi của
ánh
sáng
m{i
trường. Trong m{n Vật lí em đã được
học
một
thiết
bị như vậy, đó là quang điện trở
(Hunh
2).
Khi
cường độ ánh sáng thay đổi thu giá trị
điện
trở
của
quang trở cũng thay đổi. Như vậy dựa
vào
giá
trị
điện trở của quang trở ta có thể đánh
giá cường độ
ánh sáng hiện tại.
- Khi đã đánh giá được ánh sáng của m{i
trường,
ta

cần một mạch điện dựa
trrn giá trị điện trở của
quang điện trở để bật tắt
được c{ng tắc. Ứng dụng


mạch điện tử sử dụng transistor được học
trong
m{n
C{ng nghệ lớp 12 ta sẽ giải quyết được vấn
đề này.
- Trong mạch điện này, ta sẽ sử dụng quang
điện
trở
để phkn cực cho transisor. Khi giá trị điện
trở
của
quang điện trở thay đổi, cũng sẽ quyết
định
transistor có được phkn cực hay kh{ng, có
dòng
điện
qua transistor hay kh{ng. Từ đó ta sẽ sử
dụng
role
để điều khiển bật tắt đèn hoặc các thiết bị
khác.

Hunh 2. Quang điện trở

Hunh 3. Transistor
Darlington


- Kết hợp với mạch nguồn 1 chiều được học trong m{n C{ng nghệ lớp 12 và
những tum hiểu trrn mạng internet để có sơ đồ mạch điện dự kiến.
Nguyên lê hoạt động:
+ IN1
và IN2
là hai
chkn cấp
nguồn
xoay
chiều
220V.
Qua máy
biến áp,
diode
cầu và
các
tụ
điện để
biến
thành nguồn điện 1
chiều 12V. Tiếp tục
qua IC 7805 để đưa
điện áp về 5V sử dụng
cho mạch điều khiển.
+ Quang trở được sử
dụng làm trở phkn áp
cho transistor Q1.
+ Khi được
Hunh 4. Sơ đồ mạch dự kiến
chiếu
sáng, điện trở
của
quang trở xuống thấp, Q1 được phkn áp nrn Q1 mở. Q1 mở làm Q2 kh{ng
được phkn áp và Q2 đóng, khi đó kh{ng có dòng điện qua Role làm cấp điện
cho chkn OS1. Đèn được nối vào hai chkn OT1 và OT2 sẽ tắt. Đèn được nối
vào hai chkn OS1 và OS2 sẽ sáng.
+ Khi kh{ng được chiếu sáng, điện trở của quang trở là rất lớn, Q1 kh{ng
được phkn áp nrn Q1 đóng. Q1 đóng làm Q2 được phkn áp và Q2 mở, khi đó
có dòng điện qua Role làm Role đóng và cấp điện cho chkn OT1. Đèn được


nối vào hai chkn OT1 và OT2 sẽ sáng. Đèn được nối vào hai chkn OS1 và OS2
sẽ tắt.
+ Hai đèn nối vào (OT1, OT2) và (OS1, OS2) là đèn sử dụng hiệu điện thế
xoay chiều 220V được lấy từ nguồn IN1 và IN2.
+ Hai tụ C5 và C7 có tác dụng giữ
cho trạng thái của Role ổn định một
vài giky. Tránh tunh trạng khi điều
kiện ánh sáng thay đổi đột ngột làm
Role đóng ngắt lirn tục có thể gky
hỏng, cháy thiết bị điện.
- Khi đã có được sơ
mạch điện dự
kiến, để tránh thất bại
và tốn kém khi
làm mạch thực tế em
sẽ thiết kế và
chạy thử bằng phần
mềm m{ phỏng
trrn máy vi tính.

Hunh 5. Sơ đồ mạch chạy thử
m{ phỏng


- Khi mạch điện m{ phỏng đã chạy theo ý muốn, để làm mạch điện nhỏ gọn,
an toàn, nrn ta sẽ sử dụng mạch in.
- Để làm mạch in, em sẽ thiết kế trrn máy vi tính sơ đồ mạch in:

Hunh 6. Sơ đồ mạch in
- Thiết kế bố trí các linh kiện trrn mạch bằng máy vi tính sao cho
hợp lí


Hunh 7. Hunh vẽ dự kiến bố trí các linh kiện


- Để làm mạch in em sử dụng phíp đồng thủy tinh. Là một miếng sợi thủy tinh
được phủ một lớp đồng mỏng.

Hunh 8. Phíp đồng
- Nhưng cku hỏi đặt ra là làm sao để loại bỏ phần đồng kh{ng mong muốn, giữ
lại phần đồng mong muốn để tạo thành các đường dky dẫn điện? Ở đky em sử
dụng kiến thức m{n Hóa học về việc khi cho đồng vào Axit thu sẽ có phản ứng
ăn mòn đồng. Vu vậy e tiến hành phủ mạch bằng mực in, để che những phần
không muốn bị ăn mòn.

Hunh 9. Phip đồng đã được phủ mực in những phần kh{ng muốn bị
ăn mòn


- Sau đó cho miếng phip đồng vào dung dịch axit H 2SO4 và H2O2 rồi lắc đều để
phản ứng diễn ra nhanh hơn. (Chú ê an tojn khi thao tác với axit)
Phương trunh
phản ứng:

Cu  H SO H O  CuSO 2H O
2

4

2

2

4

2

Do muối CuSO4 là chất điện phkn nrn sẽ phkn li trong dung
dịch:CuSO Cu

2

SO 2
4
4

Hunh 10. Cho miếng phip đồng vào dung dịch Axit
Sau khoảng vài phút dung dịch chuyển sang màu xanh của ion Cu2+:

Hunh 11. Dung dịch chuyển màu xanh
Và khi phần diện tích đồng tiếp xúc với dung dịch đã bị ăn mòn hết ta thu được
kết quả:


Hunh 12. Phip đồng sau khi đã bị ăn mòn


- D ng dung dịch axeton (xăng thơm) để làm sạch mực in và ta có thành quả:

Hunh 13. Phip đồng sau khi được làm sạch mực in
- Tiến hành lắp linh kiện vào mạch và hàn thiếc

Hunh 14. Hàn thiếc vào chkn linh kiện
Nhưng tại sao thiếc lại chỉ bám vjo phần mạch có đồng? Sao
thiếc không bám đều vjo cả phần không chứa đồng?
- Để trả lời cku hỏi này, ta sử dụng kiến thức m{n Vật lí về hiện tượng dính
ướt và kh{ng dính ướt được học trong Vật lí lớp 10. Ở đky người ta đã lợi
dụng tính chất thiếc lỏng dính ướt với đồng và kh{ng dính ướt với phần phip
sợi thủy tinh. Do đó phần thiếc chỉ bám tại các vị trí có chứa đồng.


- Kết quả sản phẩm sau khi hoàn thiện:

Hunh 15. Sản phẩm hoàn thiện
6. Ý nghĩa của việc giải quyết tunh huống
- Việc tum hiểu được nguyrn lý hoạt động và cách chế tạo mạch điện trrn giúp
em vận dụng được các kiến thức của các m{n học vào thực tế cuộc sống.
- Em cũng đã tự munh chế tạo được một mạch điện để sử dụng trong gia đunh,
đặt vào vị trí bóng trang trí ở cổng nhà, đồng thời cũng là bóng an ninh khi
trời tối.
- Mạch điện có thể bật tắt đèn t y theo cường độ sáng và có thể cài đặt bằng
cách xoay biến trở đến vị trí mong muốn.
- Mạch điện này giúp tiết kiệm điện năng hơn rất nhiều so với việc phải có
người bật và tắt hàng ngày. Đồng thời tính chính xác và tự động hóa rất cao,
trong trường hợp người đi làm về muộn kh{ng có ai tr{ng nhà có thể tự động
bật đèn để bảo vệ an ninh.
- Sau khi hoàn thiện mạch điện này em cũng đã có thrm rất nhiều kiến thức về
mạch điện
tử, các linh kiện điện tử thực tế. Em cảm thấy rất hứng thú sau khi lắp đặt và
thấy mạch hoạt động như ý muốn, trong thời gian tới em sẽ tiếp tục nghirn cứu
thrm các mạch điện ứng dụng cho cuộc sống hằng ngày.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×