對教科書《物理·選修3－2》“問題與練習”中一道題目的質疑

對教科書《物理·選修3-2》“問題與練習”中
一道題目的質疑

梁繼魯陳萬軍王紅艷梁定樑

(華師一附中博樂分校新疆 博樂833400)

摘 要：“ 普通高中課程標準實驗教科書《物理·選修3-2》”第六章“傳感器”第3節(jié) 實驗：傳感器的應用(第64頁)中“問題與練習”的第1題,從學生所學的電路的知識來分析，這個防盜報警電路起不到報警作用．

關鍵詞:傳感器防盜報警電路質疑

收稿日期：(2015-05-21)

“普通高中課程標準實驗教科書《物理·選修3-2》”第六章“傳感器”第3節(jié) 實驗：傳感器的應用(第64頁)中“問題與練習”的第1題是這樣的：

“ 圖1是一個簡單的磁控防盜報警裝置．門的上沿嵌入一小塊永磁體M，門框內與M相對的位置嵌入干簧管H，并且將干簧管接入圖示的電路．睡覺前連接好電路，當盜賊開門時，蜂鳴器就會叫起來．

請說明它的工作原理，最好通過實驗模擬這個電路的工作．”

圖1　防盜報警電路

與教材配套的“教師教學用書”第146頁所給的“解答與說明”是：

“門關閉時，干簧管內兩個簧片被磁化而吸合，使觸發(fā)器(非門)的輸入端為低電平，則其輸出端為高電平，與電源的電壓很接近．于是蜂鳴器兩端的電壓很小，不會發(fā)聲．若盜賊將門打開，永磁體就遠離干簧管，因而兩個簧片分離，使觸發(fā)器(非門)的輸入端跳變?yōu)楦唠娖剑瑒t其輸出端變?yōu)榈碗娖剑谑欠澍Q器兩端達到了工作電壓，就發(fā)出叫聲報警．

使用本節(jié)課內實驗2的器材，將熱敏電阻改為干簧管，再找一塊小的永磁體，就可以做這個實驗了．”

我們認為，從學生所學的電路的知識來分析，這個防盜報警電路起不到報警作用．教材的編者在這里將電路弄得過于簡略！因為高二的學生沒有足夠的關于邏輯電路、模擬電路、數(shù)字電路等方面的知識．“教師教學用書”所給的解答也只是泛泛而談；并且將圖2中的熱敏電阻直接換成干簧管，按問題1所述電路進行安裝，報警器也不能正常工作！下面分別談談我們的看法．

圖2　溫度報警電路

問題1中電路接通后，如“教師教學用書”所述：門關閉時，干簧管內兩個簧片被磁化而吸合，使觸發(fā)器(非門)的輸入端為低電平，則其輸出端為高電平，與電源的電壓很接近．于是蜂鳴器兩端的電壓很小，不會發(fā)聲；若盜賊將門打開，永磁體就遠離干簧管，因而兩個簧片分離，此時電池已經(jīng)懸空，不能對電路正常供電．蜂鳴器不會發(fā)出報警聲，因而也就失去報警功能！為了能讓報警器正常工作，我們認為應該對原電路稍加改進：將干簧管兩端并聯(lián)一個適當阻值的滑動變阻器．這樣的話，當盜賊將門打開時，永磁體遠離干簧管，兩個簧片分離，使觸發(fā)器(非門)的輸入端跳變?yōu)楦唠娖剑漭敵龆俗優(yōu)榈碗娖剑谑欠澍Q器兩端達到了工作電壓，就發(fā)出叫聲報警．

將圖2溫度報警電路中的熱敏電阻直接換成干簧管，按問題1所述電路進行安裝，報警器也不能正常工作！電路接通后，門關閉時，干簧管內兩個簧片被磁化而吸合，使觸發(fā)器(非門)的輸入端為高電平，其輸出端為低電平，蜂鳴器兩端達到了工作電壓，就發(fā)出叫聲報警；若盜賊將門打開，永磁體就遠離干簧管，因而兩個簧片分離，使觸發(fā)器(非門)的輸入端跳變?yōu)榈碗娖剑瑒t其輸出端變?yōu)楦唠娖?，蜂鳴器兩端的電壓很小，不會發(fā)聲．這種裝置在有盜賊時不發(fā)聲，無盜賊時總發(fā)聲，是一個干擾人們正常休息的“干擾器”！要想利用干簧管和圖2的器材做一個報警器，電路需改動：將RT換成適當阻值的滑動變阻器，R1換成定值電阻，將干簧管與R1并聯(lián)即可．

報警器的邏輯電路可設計成如圖3所示電路．

另：如圖4所示，利用理想變壓器的特性，可以發(fā)現(xiàn)U2=-U1，于是，當左端輸入電平為+6V，右端的輸出電平為0V．由此可起到非門的作用．

圖3

圖4