相位的教学设计方案物理教案[5篇]

第一篇：相位的教学设计方案物理教案

一、教学目标

1．了解简谐运动位移方程中各量的物理含义。

2．理解相位的物理意义。

二、重点难点

重点：理想相位在描述振动中的作用，知道简谐运动规律的数学表达式——振动方程。

难点：理解相位的物理意义。

三、教与学师生互动

教学过程

我们已引入了振幅来描述振动的强弱，同期和频率描述振动的快慢，但振幅、周期和频率不能反映振动物体在某时刻处于怎样的状态，不能比较两个振动的步调是否一致，这说明仅有振幅、周期和频率来描述振动还不够全面．

（一）相位

【演示】两相同的单摆：（1）将摆球向同一侧拉离平衡位置达相同偏角后同时释放，它们的振幅相同，周期相同，并且可观察到它们运动的步调一致．（2）将摆球向同一侧拉离平衡位置达胡同偏角后先后释放，它们虽振幅、周期相同，但可观察到它们运动的步调不一致．

1．概念的引入：为了描述振动物体所处的状态和为了比较两振动的物体的振动步调，引入物理量相位。

2．相位决定了振动物体的振动状态，两个振动的步调一致称为同相，步调完全相反称为反相．

（二）简谐运动的振动方程

简谐运动的位移和时间的关系可以用图象来表示为正弦或余弦曲线，如将这一关系表示为数学函数关系式应为：

【说明】简谐运动的位移和时间的关系也可以用余弦函数表示．

1．简谐运动的振动方程：我们称简谐运动的位移随时间变化的关系式

为振动方程（位移方程）．

2．圆频率：振动方程中的 叫做圆频率（相当于匀速圆周运动中的角速度），也叫做角频率，它与周期或频率之间的关系为。

3．相位的定义：我们把振动方程中正弦（或余弦）函数符号后面相当于角度的量（），叫做振动的相位，相位也叫位相、周相，或简称为相．

【注意】同一个振动用不同函数表示时相位不同．

（1）相位（）是随时间变化的一个变量

（2）t＝0时的相位，叫做初相位，简称初相．

（3）相位每增加2，就意味着完成了一次全振动．

4．相位差：顾名思义，是指两个相位之差，在实际中经常用到的是两个具有相同频率的简谐运动的相位差，反映出两简谐运动的步调差异．

设两简谐运动a和b的振动方程分别为：

它们的相位差为。

可见，其相位差恰等于它们的初相之差，因为初相是确定的，所以对频率相同的两个简谐运动有确定的相位差．

若，则称b的相比a的相超前，或a的相比b的相落后 ；若，则称b的相比a的落后，或a的相比b的相超前 ．

（1）同相：相位差为零，一般地为 ．（……）．

（2）反相：相位差为，一般地为 ．（……）．

【注意】比较相位或计算相位差时，要用同种函数来表示振动方程．

【例1】两个简谐运动分别为 ．求它们的振幅之比，各自的频率，以及它们的相位差．

【解析】振幅之比。它们的频率相同，都是

。它们的相位差，而振动为反相．

【例2】一物体沿x轴做简谐运动，振幅为8cm，频率为0.5hz，在t＝0时，位移是4cm，且向x轴负方向运动，试写出用正弦函数表示的振动方程 ．

【解析】简谐运动振动方程的一般表达式为．

根据题给条件有：a＝0.08m。所以（m）．将t＝0时x＝0.04m代入得，解得初相 或 ．因为t＝0时，速度方向沿x轴负方向，即位移在减小，所以取。

所求的振动方程为（m）．

【小结】简谐运动的振动方程。（）叫做相位，表示振动所处的状态．

【作业】课本p172练习五l～5

四、课堂反馈测试

1．有两个振动的振动方程分别是：，下列说法正确的是（）

a．它们的振幅相同

b．它们的周期相同

c．它们的相差恒定

d．它们的振动步调一致

2．一质点做简谐运动，其振动方程为，则振动的振幅为_______，周期为_______，t＝0时质点的位移为_______，振动的初相为_______。

3．一个简谐运动的振动方程是

第二篇：动量定理的教学设计方案物理教案

充分利用演示实验，由实验导入课题，由实验来分析问题，组织学生讨论． 课时安排：1课时

教学用具：海绵垫、鸡蛋、橡皮、纸带、细线、铁锤等 师生互动活动设计：

1、教师做好演示实验，设计适当的具有启发性问题指导点拨

2、观察并亲自动手实验、讨论、分析 教学过程：

一、新课教学

演示实验，鸡蛋从一米多高的地方落到海绵垫，鸡蛋没有打坡，为什么呢？由此切入动量定理的推导．

如图所示，质量为m的物体在水平恒力作用下，经过时间t，速度由v变为，由牛顿第二定律知 „„（1）

而加速度 „„（2）

由（1）、（2）两式得

或写为

即合外力的冲量等于物体动量的改变

强调对动量定理的理解

1、定理反映了合外力冲量是物体动量变化的原因．

2、动量定理公式中的f是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是变力，如果是变力，此时所得的力是平均合外力．

3、动量定理公式中的f·t是合外力的冲量，是使研究对象动量发生变化的原因，在所研究的物理过程中，如作用在物体上的各个外力作用时间相同，求合外力的冲量可先求所有力的合外力，再乘以时间，也可以求出各个力的冲量再按矢量运算法则求所有力的会冲量，如果作用在被研究对象上的各个外力的作用时间不同，就只能先求每个外力在相应时间内的冲量，然后再求所受外力冲量的矢量和．

4、动量定理公式中的 或，是所研究对象的动量的改变量，公式中的“－”号是运算符号，与正方向的选取无关．

5、是矢量式，在应用动量定理时，应该遵循矢量运算的平行四边形定则，也可以采用正交分解法，将矢量运算转为代数运算．

6、动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相同，方向一致，单位等效．合外力的冲量是物体动量变化的原因，但不能认为合外力的冲量就是动量的增量．

7、动量定理不仅适用于宏观低速物体，对微观现象和高速运动仍然适用．

二、分析例题

【例1】一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为45m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对垒球的平均作用力有多大？

分析：球棒对垒球的作用力是变力，力的作用时间很短．在这个短时间内，力的大小先是急剧地增大，然后又急剧地减小为零，在冲击、碰撞一类问题中，相互作用的时间很短，力的变化都具有这个特点．动量定理适用于变力，因此，可以用动量定理求球棒对垒球的平均作用力．

由题中所给的量可以算出垒球的初动量和末动量，由动量定理即可求出垒球所受的平均作用力．

例题详解见书．

【例2】如图所示，用0.5kg的铁锤钉钉子，打击时铁锤的速度为4rn／s，打击后铁锤的速度变为零，设打击时间为0.01s

1、不计铁锤的重量，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？

2、考虑铁锤的重量，铁锤打钉子的平均作用力是多大？

3、你分析一下，在计算铁锤钉钉子的平均作用力时在什么情况下可以不计铁锤的重量．

分析（如图）以铁锤为研究对象，受到重力和铁钉弹力的作用，碰撞前，铁锤动量，碰撞后，铁锤动量为零．

根据动量定量，取向下为正方向列式，可求解

解答过程略．

归纳小结：应用动量定理的解题步骤：

1、确定研究对象

2、进行受力分析，确定全部外力及作用时间

3、找出物体的初末状态并确定相应的动量

4、选正方向，并给每个力的冲量和初末动量带上正负号，以表示和正方向同向或反向

5、根据动量定理列方程求解 提示学生注意：

1、定理中ft是合外力的冲量，并且要把这个冲量与受到这个冲量的物体动量变化对应起来．

2、物体的初末态速度应是相对同一参考系（通常取地面为参考系）

3、各量应统一用国际单位求解．

4、在重力与平均作用力相比很小的情况下，可以不考虑重力的冲量，而可忽略重力． 【例3】设在演示实验中，鸡蛋从1m高处自由下落到海绵垫上，若从鸡蛋接触软垫到陷至最低点经历的时间为0.2s，则这段时间内软垫对鸡蛋的平均作用力多大？分析鸡蛋受力情况，强调重力不能忽略，得出鸡蛋受到软垫的平均作用力很小． 应用举例：

请同学根据动量定理解释例2和例3中作用力大小为什么相差很大，结合教材内容分析讨论．

结论：当动量的变化一定时，缩短力的作用时间可增大作用力，延长力的作用时间可减小作用力．

三、学生活动：［小实验］纸带压在橡皮下面，放在水平桌面上，缓慢拉动和迅速抽动纸带，观察哪种情况下纸带更容易抽出．

继续学生实验，用细线拴住铁块，缓慢或迅速向上提起细线，观察哪种情况下细线易断．

用动量定理对上述两个实验结果进行解释．

继续提问：茶杯排在石头上立即摔碎，掉在软垫上不易摔碎等现象，用动量定理解释．

四、总结、扩展

1、对于大小、方向都不变的恒力，它们冲量可以用 计算，若f是变力，但在某段时间内方向不变，大小随时间均匀变化，可用平均力 求出在时间t内的冲量，根据动量定理，通过求 间接求出变力冲量．

2、用动量定理解题时，“合外力的冲量”可改为“外力冲量的矢量和”．同时应明确哪段时间内的冲量以及对应时间内动量的变化．

3、冲量和动量的变化量都是过程量，适当的确定初末状态可使解题过程简化．

4、动量定理是由牛顿第二定律和运动学公式推出的，如涉及到力与作用时间的问题应优选动量定理解题．

第三篇：相位怎么造句

相位拼音

【注音】： xiang wei

相位解释

【意思】：作正弦变化的物理量，在某一时刻（或某一位置）的状态可用一个数值来确定，这种数值叫做相位。

相位造句：

1、在偶然情况下该短句强调了相位对于激光的重要性。

2、研究人员预计，这些相位应该表现为所观测到的光线在亮度上的微弱变化。

3、典型的智能度量设计包括来用户端的电流、相位和频率数据向电力调配公司的周期传送。

4、如果你在这条路径上，你就会看见日环食，在它的最大相位，一个环状阳光会包围着月球。

5、在赝能隙相位期间，铜氧化物半导体中电子发生了改变，那里的电子隧穿能力在不同的氧原子中有所区别。

6、轮廓调制结合了一种相位调制信号的波形和放大器的输出阻抗，可在某个较大型输出电源关闭后保持更高的效率。

7、在2011年一月，北半球其他地方温度降低的一部分原因是北极涛动处于负相位。

8、四百年前，伽利略第一次观察到金星具有类似的相位。

9、如果卫星们位置相近，它们还会显示出相似的相位。

10、上个月，在土星轨道上的宇宙飞船卡西尼号拍的这张照片，捕捉到土星著名的卫星中的两个，呈凸圆相位。

11、如果两个相位不相符合，就不能成键。

12、这等到我们之后讲到成键时是非常重要的，现在先要记住，我们有两个节点，不好意思，是两个叶瓣，每个都是不同的相位。

13、他们认为这可能与在所谓的赝能隙相位期间的电子活动有关，而室温处在这段超导电性受到破坏的温度范围内。

14、因为相位偏移有四种可能，所以每一个符码可以对两比特位的数据进行编码。

15、并发相位包括技术开发、工程、制造、产品和后续支持等将影响未来竞争采购。

16、传统上，数码单反相机使用一个单独的对焦感应器进行相位侦测。

17、关于它们我要指出的是,它们有两个节点，你们可以看到在这里,这些节点的颜色不同，它们的相位不一样。

18、时的夏季相一致。当夏季北极震荡处于正相位时，就会导致沙漠地区形成强风并刮向湖区北部以及喜马拉雅山脉南麓。

19、在计算相位角时,用不到多少物理知识。

20、这不是指正负电荷，它是指相位，这是从波函数中得来的。

21、信号相位的必要相移通过专用波束调节控制器或集中安排的处理器进行控制。

22、在几年的时间里，伽利略对月球，金星的相位变化，木星的卫星的观测，粉碎了我们认识中的太阳系古老的托勒密模型。

23、此图拍摄点距土星526,000英里，太阳-土星-飞船夹角(相位)为74度，图像比例尺为每个象素31英里。

24、这幅景观是在太阳-恩克拉多斯-太空船这样的角度下拍摄完成的，或者用相位来讲，以73度角拍摄。

25、我们可以说我们在这,有正相位而这有负相位。

26、那么这样,就有相位角，我会回过去讲它。

27、下一个看见这么又大又亮的满月的机会，将出现在明年的5月6日，而且它最圆的相位出现的时间只有近地点附近的数分钟而已。

28、每一个符码都通过相对于上一个符码的相位偏移（也即调制方案的差分部分）来进行编码。

第四篇：相位测距

基于高精度测距的APD接收电路设计

相位式测距是通过测量连续的幅度调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，从而得到被测距离的。这种方法测量精度高，通常在毫米量级。

2.1相位式激光测距技术

2.1.1基本原理

相位式激光测距的基本原理框图如图所示：

相位法激光测距基本原理图

它由激光发射系统、角反射器、接收系统、综合频率系统、混频鉴相系统和计数显示系统等组成。角反射器是一种三个反射面之间互成90°的光学棱镜，90°角要求有误差小于± 2 ''的加工精度；它可以把射来的光线按原方向反射回去，即一个入射光射入后，不论入射角如何，经角反射器棱镜反射后的光线与入射光线平行。

相位法激光测距技术就是利用发射的调制光和被目标反射的接收光之间光波的相位差所包含的距离信息来实现对被测目标距离量的测量。由于采用调制和差频测相技术，具有测量精度高的优点，广泛应用于有合作目标的精密测距场合。

基本原理如下：

相位式激光测距调制波形图

设调制频率为f，幅度调制波形如图 2.2 所示，波长为

式中c是光速，λ是调制波形的波长。由图可知，光波从A点传到B点的相移φ可表示为

式中，m 是零或正整数，Δm 是个小数，A,B 两点之间的距离 L 为

式中，t 表示光由A点传到B点所需时间。

给出(2-3)式时已利用了(2-1)式和(2-2)式。由(2-3)式可知，如果测得光波相移φ中2π的整数 m 和小数Δm，就可由(2-3)式确定出被测距离 L，所以调制光波被认为是相位式激光测距仪测量距离的一把度量标准，可以形象的称之为“光尺”。不过，用一台测距仪直接测量A和B两点光波传播的相移是非常困难的，因此采用在B点设置一个反射器(即所谓合作目标)，使从测距仪发出的光波经反射器反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光波往返一次的相位变化进行测量。图 2.3示意地表示光波在距离 L 上往返一次后的相位变化。

光波往返一次后的相位变化图

为分析方便，假设测距仪的接收系统置 A'，(实际上测距仪的发射和接收系统都是在A点)，并且AB = BA'，A A' = 2L，如图 2.3 所示，则有

或

式中，m是零或正整数，Δm是小数。这时，Ls表示相应于半个调制周期内光波的传输距离，称之为测距仪的“电尺长度”。

如果被测距离的概略值已经精确到电尺长度以内，即已经知道m的具体数值，则被测距离的精确值就要根据Δm 也就是Δφ来确定。然而实际上经常是不知道被测距离的概略值，而只根据一个调制频率又无法确定整周期数m，因而不能唯一地确定被测距离。这个问题称为测距仪的多值性。由于相位测相技术只能测量出不足2π的相位尾数Δφ，即只能确定小数Δm=Δφ/2π，而不能确定出相位的整周期数m，因此，当距离上大于Ls时，仅用一把“光尺”是无法测定距离的。因此采用单一频率测距时，由于只能在一个电尺长度内测量，测距范围为Ls。

图2.4光波经2L后的相位变化

当距离L < λ/2时，即m = 0时，可确定距离L为

由此可知，如果被测距离较长，可降低调制频率，使得Ls > L即可确定距离L。但是由于测相系统存在的测相误差，使得所选用的Ls愈大时测距误差愈大。例如，如果测相系统的测相误差为1‰，则当测尺长度Ls = 10m时，会引起lcm 的距离误差，而当Ls = 1000m时，所引起的误差就可达lm。所以，既能测长距离又要有较高的测距精度，解决的办法就是同时使用Ls不同的几把“光尺”。例如要测量584.76m 的距离时，选用测尺长度Ls为1000m 的调制光作为“粗尺”，而选用测尺长度Ls为10m的调制光作为“细尺”。假设测相系统的测相精度为1‰，则用Ls1可测得不足1000m的尾数584m，用Ls2可测得不足10m的尾数4.76m，将两者结合起来就可以得到 584.76m。

这样，用一组(两个或两个以上)测尺一起对距离L进行测量，就解决了测距仪高精度和长测程的矛盾，其中最短的测尺保证了必要的测距精度，最长的测尺则保证了测距仪的测程。

3.2激光发射部分

激光发射部分，包括激光调制信号（4MHz和40MHz两路信号）的产生、激光信号的产生和调制发射部分三个模块。

3.2.1激光调制信号的产生

发射部分最重要的是激光调制信号产生模块即电路中各个频率的产生模块，其中最主要部分包括锁相环的设计和基于 CPLD和VHDL语言的分频器的设计。

由总体框图可知，本系统中除了光频信号外，电路中一共出现五个不同频率的信号，即：主振1：fs1=40MHz，主振2fs2 =4MHz，本振1：ft1 =40.01MHz，本振2：ft2=4.01MHz和10KHz的混频输出信号，除了最后一个混频输出信号外，其他四个频率的信号都将在这个模块当中产生。

其中，主振1（fs1）：由40MHz的有源晶振直接产生，这是整个系统频率产生的源，由系统框图可以看到，这个信号有四个功能：

1)作为激光调制信号，用这个信号去调制激光器，产生40MHz的发射信号； 2)通过分频产生4MHz的主振2（fs2）信号；

3)通过分频提供给锁相环参考信号，从而获得本振1(ft1)信号；

4)给混频器2一个输入信号，与本振1混频后获得发射信号的相位信息，给测相器提供一个开门信号，开始记录相位差信号。

主振2（fs2）：由CPLD对主振1（fs1）信号10分频直接产生。由系统框图可以看到，这个信号的功能为：

1)作为激光调制信号，用这个信号去调制激光器，产生4MHz的发射信号； 2)通过分频提供给锁相环参考信号，从而获得本振2(ft2)信号；

3)给混频器3一个输入信号，与本振2混频后获得发射信号的相位信息，给测相器提供一个开门信号，开始记录相位差信号。

本振1(ft1)：由锁相环产生。由系统框图可以看到，这个信号的功能为：

1)给混频器2提供一个输入信号，与主振1混频后获得发射信号的相位信息，给测相器提供一个开门信号，开始记录相位差信号；

2)给混频器1提供一个输入信号，与回波的40MHz信号混频后获得回波信号的相位信息，给测相器提供测距相位信息。

本振2(ft2)：由锁相环产生。由系统框图可以看到，这个信号的功能为：

1)给混频器3提供一个输入信号，与主振2混频后获得发射信号的相位信息，给测相器提供一个开门信号，开始记录相位差信号；

2)给混频器4提供一个输入信号，与回波的4MHz信号混频后获得回波信号的相位信息，给测相器提供测距相位信息。

3.2.1.1锁相环（PLL）的设计

锁相环路是一个相位的负反馈控制系统。在电子线路系统设计中，锁相环有很广的用途。本系统用锁相环系统产生所需频率的信号，即40.01MHz和4.01MHz的本地振荡信号。

本设计中，锁相环路的功能组成框图如图3.3示。锁相环路由压控振荡器（VCO）、环路滤波器、鉴相器、整形器、分频器和源振荡器组成。

图3.3锁相环系统框图

40.01MHz本地振荡信号的产生电路原理图如下：

图3.4 40.01MHz本地振荡信号产生电路图

MC4044鉴相器原理

MC4044是数字鉴相器芯片，内部由三部分组成:鉴相器(Phase Frequency Detector),电荷泵(Charge Pump),运算放大器(Amplifier)。如图 3.5 所示。

图3.5 MC4044的内部功能结构图

芯片中鉴相器2是一块标志鉴相结果模块，在本系统中没有使用。鉴相器1时序图为图3.6所示

图3.6鉴相器1的时序图

锁相环路的工作过程是一个动态的反馈过程。如上面的原理和电路系统图所讲，有源晶振产生的40MHz标准信号经过4000分频得到10KHz信号,送给MC4044（ST002）作参考信号，而压控振荡器产生的信号经过4001分频送给MC4044，作鉴相器的另一个输入信号。如果锁相环处于失锁状态，即锁相环不能自动的使 MC4044的两输入信号同频同相，也就是MC4044的输出电压不能调节变容二极管的电容使压控振荡器振荡在合适的频率。此时需要手动调节压控振荡器中的中周，即调节回路电感，使锁相环离开失锁状态，进入捕获状态。当进入捕获状态后，MC4044（ST002）通过两个输入信号的相位差产生电压误差信号，这个电压误差信号经过低通滤波器后去控制变容二极管的电容，进而控制振荡器的频率和相位，使鉴相器的相位误差变的更小。这个过程不断循环反复，最终达到锁定状态，即压控振荡器的输出信号经4001分频后能与有源晶振输出信号经4000分频后的信号同频同相，鉴相器的输出相差为0，即输出引脚（U1、D1）都为高电平，输出的电压误差信号为一定值，变容二极管的电容为一稳定值，压控振荡器的输出为频率和相位都稳定的信号。这个过程可以用图 3.7 来表示。

图3.7锁相过程示意图

3.2.1.2基于CPLD和VHDL语言的分频器的设计

CPLD是复杂的可编程阵列，专指那些集成规模大于1000门以上的可编程逻辑器件。CPLD是现代微电子技术发展的技术成果，用CPLD能大大的减小数字逻辑电路带来的需要芯片多，制板麻烦的困难，能把很多数字电路的功能缩小到一个小小的芯片内，而且随着电子技术的发展，速度也能达到设计要求。在本系统的设计中，要用到分频数为几千的分频器，采用数字芯片设计是很困难的事情，所以采用的Altera公司的MAX7064芯片设计分频器。

使用VHDL硬件描述语言对MAX7064芯片进行程序设计，一个完整的VHDL程序设计由以下几个部分组成：库，程序包，实体，结构体，配置。

库(LIBRARY)：用以存储预先完成的程序包和数据的集合体；

程序包(PACKAGE)：声明在设计或实体中将用到的常数、数据类型、元件及子程序等； 实体(ENTITY)：声明到其他实体或其他设计的接口，即定义本设计的输入/输出端口； 结构体(ARCHITECTURE)：定义实体的实现，即电路的具体描述。在结构体内部，如果有时序设计，常用到进程处理结构，即PROCESS()结构，在此结构中的语句具有顺序执行功能，为时序逻辑提供了方便。而在此结构外部的语句则是并行运行，能很方便的实现组合逻辑。在本系统设计中，分频器的设计用到进程结构，即PROCESS()结构； 配置(CONFIGURATION)：为实体选定某个特定的结构体，当实体中只有一个结构体时，默认配置为这个结构体配置。

在QUARTUS Ⅱ环境下，对MAX7064编写硬件描述语言。如图3.8所示，MAX7064的设计过程包括以下几步：

图3.8QUARTUS环境下的开发流程

在本激光测距系统中，需要五个分频器：

(1)40MHz十分频，产生4MHz的信号源，因为要用4MHz的信号去分频和作为主振信号去驱动激光器，所以4MHz信号必须占空比为1:1，而不同于传统的十进制计数器型的分频，即占空比为 9:1；

(2)40MHz经4000分频产生10KHz信号送到鉴相器1；

(3)40.01MHz的压控振荡器产生的本振信号经4001分频产生10KHz信号送到鉴相器1；(4)4MHz经400分频产生10KHz信号送到鉴相器2；

(5)4.01MHz的压控振荡器产生的本振信号经401分频产生10KHz信号送到鉴相器2； 对(2)、(3)、(4)、(5)的分频器，如果采用计数型分频器(占空比不为1：1)，则可能会出现鉴相器捕捉不到信号边沿的情况，所以在设计中，统一采用占空比为1：1((3)、(5)的约为1：1)的设计。

3.2.2调制发射部分

驱动电路的输入信号是40MHz和4MHz两个频率的信号的直接相加所得的和信号。电路原理图如下：

图3.10 调制发射模块电路图

综合以上，发射部分电路原理图如下图3.11所示

图3.11发射部分总电路图

测相原理就是对一定数目的测相脉冲进行积分，根据积分电平值来测算精测值。

图5-3表示CPLD中测相脉冲的产生时序。把15M的参考信号与测距信号同时输入CPLD，如图5-3，产生两者对应的上升沿之间为1，其余地方为零的脉冲，就是测相脉冲。这在CPLD中是比较容易实现的。显然，测相脉冲的占空比代表了测距信号与参考信号的相位差。然后，CPLD输出10个测相脉冲送入积分电路进行积分，由电路基础知识可以知道，若放电常数远大于脉冲周期，则对脉冲的理想积分图像如图5-4所示。

故易见，测相脉冲的占空比越高，即测距信号与参考信号相位差越大，积分电平越高，相位差为2时电平最高。设将最高电平量为Vmax，将其分配到2的相位差中，则单位弧度对应的电平值为:

设充电完毕的时间为。在时间处，也就是开始采样时间处，立即用A/D对电平值进行采样。采得的电平值的精确度直接关系着或者说决定着系统的测距精度，所以说非常关键。由于A/D的采样时间比起时间常数要小得多，所以可以对电平值多次采样以提高精度。采10次求平均，即得精测采样电平值。设采得的电平值为V，则由式(5-2)可知，此时的精测相位差应为:

数据衔接

测得粗测值和精测值即可得到最终的测距值。数据衔接是这样的:粗测填充用的脉冲频率为15M，由式(1.4)可得每计一个脉冲代表10m的距离。设计数值为n，由式(5-3)精测相位差为

精测用频率也为15M，测尺为10m，最终的距离值D为

内光为参考光，外光为接收光

APD接收电路

光电接收电路由 雪崩光电二极管APD、RC 滤波网络、LC 带通滤波器、两级放大和一个滞回比较器组成。反射回来的测距光波被光学接收系统接收，并会聚到APD。在测距光波的照射下，APD上产生了光电流，该光电流的大小随测距光波而变化，因此在负载上得到了与测距光波频率变化规律相同的电压信号。APD雪崩光电二极管采用负偏压工作方式，一端接地，一端接由 APD 高压偏置电路输出的反向高压；RC 滤波网络的主要作用是滤除调制信号的高频分量，以及压缩系统噪声带宽，从而抑制光电系统噪声，提高检测灵敏度；LC 带通滤波器是一个窄带滤波器，其主要作用是让中心频率为 15MHz的一定带宽的信号频带通过，而带宽以外的信号则被滤掉。放大电路由5U1(SA5211)和运放 TL072 构成，滞回比较器由运放 TL072 组成，作用是将放大后的接收信号转换成标准的连续脉冲信号

本系统APD采用日本滨松公司生产S2381，其重要的参数特性如下 光谱响应范围:400-1100nm;光灵敏度:0.5A/W（800nm）;暗电流:典型值为0.05nA，最大值为0.5nA;击穿电压:典型值为150V，最大值为200V;截止频率:1000MHz;温度系数:0.65V/℃;结电容:1.5pF;过剩噪声:0.3（800nm）;增益:100（800nm）。

第五篇：物理教案

初三物理教案

§13——2液体压强

李润莲

一、教材分析：

压强知识是继密度知识后深入学习的相关内容，也是学习浮力的一个铺垫，本节内容是在了解固体压强以后再学习液体压强的知识，并通过本节内容的学习，让学生了解液体压强的特点，了解液体压强在生活中的应用，会解释一些简单的相关现象。本节内容比较抽象，感性知识较小，解答问题时学生需要一定的分析能力和语言表达能力，教学中注意加强实验教学，多引入例子，从而让学生获得较多的感性认识，为理解进一步学习抽象的核心部分打好基础。

二、教学目标：

Δ知识与技能

了解液体内部都有压强，液体内部各个方向的压强，了解液体压强大小跟什么因素有关，认识液体压强的实际应用如连通器。

Δ过程与方法

通过实验的操作，了解液体内部压强的特点，培养初步的观察、分析和归纳能力。

Δ情感态度与价值观

观察现象和实验探究过程中培养学生科学态度，提高把科学知识应用于社会生活的意识。

三、教学重点、难点

重点：液体压强的特点。

难点：应用液体压强知识解释实际现象。

四、教学方法：

分组分享教学法（分九组进行探究）

五、教学准备：

连通器一个、U形压强计、水、圆筒水槽一个、橡皮膜和胶管、投影片

六、教学过程：

引入：分九组实验，看投影片、看看想想议议。教师提出问题：潜水艇的铜板为什么造得这么厚？

（一）分组分享活动1：

每个小组都分发一只自制的可乐瓶，底部和侧壁用橡皮膜封好，把可乐瓶加满水，各组各自分析和讨论，教师让学生归纳结论：液体对容器底部和侧壁都有压强。

（二）分组分享活动2：

认识压强计

教师口述，液体对容器壁和底部都有压强，那么，液体内部有无压强？我们可用U形液体压强计测出。用手压橡皮膜，让学生观察U形管液柱的高度差，让学生知道，如果对橡皮膜有压强，U形管就会有高度差，对橡皮膜的压强越大，高度差越大，让各组学生自己操作两次，用手压橡皮膜感受一下。

（三）分组分享活动3：

A、认识液体内部存在压强，实验时先把探头置于空气中，记录好高度差，再把探头沉没在液体中，观察U形管两边示数变化情况。

B、认识液体内部在同一深度上各个方向压强关系。提示学生，怎样可以固定深度不变（把连杆固定在容器壁上），让学生自己设法改变探头的方向，记录方向和数据。

C、认识液体内部压强跟深度关系，让学生自己改变深度两次测出三个不同高度差的值。

D、认识液体内部压强跟密度的关系。教师提问，要研究液体压强跟密度的关系，必须要哪些条件一定？让学生讨论后在操作，（加食盐和调节深度，再让学生重复以上实验记录各方向的高度差）

（四）组分享活动4：

（1）学生对上述四组实验分析归纳结论：分组讨论，看哪组归纳得最准确。

（2）论刚才所用的探究方法是什么方法（控制度量法）

（五）分组分享活动5：

认识连通器。让学生自己对连通器加水，并把连通器左右不平摆放，观察各容器的水位，学生分组归纳结论（当水静止时，各容器的水面相平）。让学生分组讨论，连通器结构有何特点？（上端开口下端连通）分组讨论，让学生举例子，并讨论船闸的原理。

（六）分组分享活动6：

讨论书本上的潜艇外钢壳为何这么厚，为什么堤坝造得上窄下宽？

七、板书设计：

§13——2液体压强

一、认识液体对容器底部的压强

二、认识U形压强计

三、归纳结论：

Ⅰ液体内部的各个方向都有压强。

Ⅱ同一深度，液体各个方向压强相等。

Ⅲ液体压强随深度的增加而增大。

Ⅳ密度越大，压强越大。

四、液体压强跟深度和密度有关（控制度量法）

五、连通器

当同种液体静止时，各容器的液体相平，应用例子有：

八、作业布置：详见《课程探究》本节内容