第一篇：相位的教學設計方案物理教案

一、教學目標

1．了解簡諧運動位移方程中各量的物理含義。

2．理解相位的物理意義。

二、重點難點

重點：理想相位在描述振動中的作用，知道簡諧運動規律的數學表達式——振動方程。

難點：理解相位的物理意義。

三、教與學師生互動

教學過程

我們已引入了振幅來描述振動的強弱，同期和頻率描述振動的快慢，但振幅、周期和頻率不能反映振動物體在某時刻處于怎樣的狀態，不能比較兩個振動的步調是否一致，這說明僅有振幅、周期和頻率來描述振動還不夠全面．

（一）相位

【演示】兩相同的單擺：（1）將擺球向同一側拉離平衡位置達相同偏角后同時釋放，它們的振幅相同，周期相同，并且可觀察到它們運動的步調一致．（2）將擺球向同一側拉離平衡位置達胡同偏角后先后釋放，它們雖振幅、周期相同，但可觀察到它們運動的步調不一致．

1．概念的引入：為了描述振動物體所處的狀態和為了比較兩振動的物體的振動步調，引入物理量相位。

2．相位決定了振動物體的振動狀態，兩個振動的步調一致稱為同相，步調完全相反稱為反相．

（二）簡諧運動的振動方程

簡諧運動的位移和時間的關系可以用圖象來表示為正弦或余弦曲線，如將這一關系表示為數學函數關系式應為：

【說明】簡諧運動的位移和時間的關系也可以用余弦函數表示．

1．簡諧運動的振動方程：我們稱簡諧運動的位移隨時間變化的關系式

為振動方程（位移方程）．

2．圓頻率：振動方程中的 叫做圓頻率（相當于勻速圓周運動中的角速度），也叫做角頻率，它與周期或頻率之間的關系為。

3．相位的定義：我們把振動方程中正弦（或余弦）函數符號后面相當于角度的量（），叫做振動的相位，相位也叫位相、周相，或簡稱為相．

【注意】同一個振動用不同函數表示時相位不同．

（1）相位（）是隨時間變化的一個變量

（2）t＝0時的相位，叫做初相位，簡稱初相．

（3）相位每增加2，就意味著完成了一次全振動．

4．相位差：顧名思義，是指兩個相位之差，在實際中經常用到的是兩個具有相同頻率的簡諧運動的相位差，反映出兩簡諧運動的步調差異．

設兩簡諧運動a和b的振動方程分別為：

它們的相位差為。

可見，其相位差恰等于它們的初相之差，因為初相是確定的，所以對頻率相同的兩個簡諧運動有確定的相位差．

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

（1）同相：相位差為零，一般地為 ．（……）．

（2）反相：相位差為，一般地為 ．（……）．

【注意】比較相位或計算相位差時，要用同種函數來表示振動方程．

【例1】兩個簡諧運動分別為 ．求它們的振幅之比，各自的頻率，以及它們的相位差．

【解析】振幅之比。它們的頻率相同，都是

。它們的相位差，而振動為反相．

【例2】一物體沿x軸做簡諧運動，振幅為8cm，頻率為0.5hz，在t＝0時，位移是4cm，且向x軸負方向運動，試寫出用正弦函數表示的振動方程 ．

【解析】簡諧運動振動方程的一般表達式為．

根據題給條件有：a＝0.08m。所以（m）．將t＝0時x＝0.04m代入得，解得初相 或 ．因為t＝0時，速度方向沿x軸負方向，即位移在減小，所以取。

所求的振動方程為（m）．

【小結】簡諧運動的振動方程。（）叫做相位，表示振動所處的狀態．

【作業】課本p172練習五l～5

四、課堂反饋測試

1．有兩個振動的振動方程分別是：，下列說法正確的是（）

a．它們的振幅相同

b．它們的周期相同

c．它們的相差恒定

d．它們的振動步調一致

2．一質點做簡諧運動，其振動方程為，則振動的振幅為_______，周期為_______，t＝0時質點的位移為_______，振動的初相為_______。

3．一個簡諧運動的振動方程是

第二篇：動量定理的教學設計方案物理教案

充分利用演示實驗，由實驗導入課題，由實驗來分析問題，組織學生討論． 課時安排：1課時

教學用具：海綿墊、雞蛋、橡皮、紙帶、細線、鐵錘等 師生互動活動設計：

1、教師做好演示實驗，設計適當的具有啟發性問題指導點撥

2、觀察并親自動手實驗、討論、分析 教學過程：

一、新課教學

演示實驗，雞蛋從一米多高的地方落到海綿墊，雞蛋沒有打坡，為什么呢？由此切入動量定理的推導．

如圖所示，質量為m的物體在水平恒力作用下，經過時間t，速度由v變為，由牛頓第二定律知 ??（1）

而加速度 ??（2）

由（1）、（2）兩式得

或寫為

即合外力的沖量等于物體動量的改變

強調對動量定理的理解

1、定理反映了合外力沖量是物體動量變化的原因．

2、動量定理公式中的f是研究對象所受的包括重力在內的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是變力，如果是變力，此時所得的力是平均合外力．

3、動量定理公式中的f·t是合外力的沖量，是使研究對象動量發生變化的原因，在所研究的物理過程中，如作用在物體上的各個外力作用時間相同，求合外力的沖量可先求所有力的合外力，再乘以時間，也可以求出各個力的沖量再按矢量運算法則求所有力的會沖量，如果作用在被研究對象上的各個外力的作用時間不同，就只能先求每個外力在相應時間內的沖量，然后再求所受外力沖量的矢量和．

4、動量定理公式中的 或，是所研究對象的動量的改變量，公式中的“－”號是運算符號，與正方向的選取無關．

5、是矢量式，在應用動量定理時，應該遵循矢量運算的平行四邊形定則，也可以采用正交分解法，將矢量運算轉為代數運算．

6、動量定理說明合外力的沖量與研究對象的動量增量的數值相同，方向一致，單位等效．合外力的沖量是物體動量變化的原因，但不能認為合外力的沖量就是動量的增量．

7、動量定理不僅適用于宏觀低速物體，對微觀現象和高速運動仍然適用．

二、分析例題

【例1】一個質量為0.18kg的壘球，以25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度的大小為45m/s，設球棒與壘球的作用時間為0.01s，球棒對壘球的平均作用力有多大？

分析：球棒對壘球的作用力是變力，力的作用時間很短．在這個短時間內，力的大小先是急劇地增大，然后又急劇地減小為零，在沖擊、碰撞一類問題中，相互作用的時間很短，力的變化都具有這個特點．動量定理適用于變力，因此，可以用動量定理求球棒對壘球的平均作用力．

由題中所給的量可以算出壘球的初動量和末動量，由動量定理即可求出壘球所受的平均作用力．

例題詳解見書．

【例2】如圖所示，用0.5kg的鐵錘釘釘子，打擊時鐵錘的速度為4rn／s，打擊后鐵錘的速度變為零，設打擊時間為0.01s

1、不計鐵錘的重量，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？

2、考慮鐵錘的重量，鐵錘打釘子的平均作用力是多大？

3、你分析一下，在計算鐵錘釘釘子的平均作用力時在什么情況下可以不計鐵錘的重量．

分析（如圖）以鐵錘為研究對象，受到重力和鐵釘彈力的作用，碰撞前，鐵錘動量，碰撞后，鐵錘動量為零．

根據動量定量，取向下為正方向列式，可求解

解答過程略．

歸納小結：應用動量定理的解題步驟：

1、確定研究對象

2、進行受力分析，確定全部外力及作用時間

3、找出物體的初末狀態并確定相應的動量

4、選正方向，并給每個力的沖量和初末動量帶上正負號，以表示和正方向同向或反向

5、根據動量定理列方程求解 提示學生注意：

1、定理中ft是合外力的沖量，并且要把這個沖量與受到這個沖量的物體動量變化對應起來．

2、物體的初末態速度應是相對同一參考系（通常取地面為參考系）

3、各量應統一用國際單位求解．

4、在重力與平均作用力相比很小的情況下，可以不考慮重力的沖量，而可忽略重力． 【例3】設在演示實驗中，雞蛋從1m高處自由下落到海綿墊上，若從雞蛋接觸軟墊到陷至最低點經歷的時間為0.2s，則這段時間內軟墊對雞蛋的平均作用力多大？分析雞蛋受力情況，強調重力不能忽略，得出雞蛋受到軟墊的平均作用力很小． 應用舉例：

請同學根據動量定理解釋例2和例3中作用力大小為什么相差很大，結合教材內容分析討論．

結論：當動量的變化一定時，縮短力的作用時間可增大作用力，延長力的作用時間可減小作用力．

三、學生活動：［小實驗］紙帶壓在橡皮下面，放在水平桌面上，緩慢拉動和迅速抽動紙帶，觀察哪種情況下紙帶更容易抽出．

繼續學生實驗，用細線拴住鐵塊，緩慢或迅速向上提起細線，觀察哪種情況下細線易斷．

用動量定理對上述兩個實驗結果進行解釋．

繼續提問：茶杯排在石頭上立即摔碎，掉在軟墊上不易摔碎等現象，用動量定理解釋．

四、總結、擴展

1、對于大小、方向都不變的恒力，它們沖量可以用 計算，若f是變力，但在某段時間內方向不變，大小隨時間均勻變化，可用平均力 求出在時間t內的沖量，根據動量定理，通過求 間接求出變力沖量．

2、用動量定理解題時，“合外力的沖量”可改為“外力沖量的矢量和”．同時應明確哪段時間內的沖量以及對應時間內動量的變化．

3、沖量和動量的變化量都是過程量，適當的確定初末狀態可使解題過程簡化．

4、動量定理是由牛頓第二定律和運動學公式推出的，如涉及到力與作用時間的問題應優選動量定理解題．

第三篇：相位怎么造句

相位拼音

【注音】： xiang wei

相位解釋

【意思】：作正弦變化的物理量，在某一時刻（或某一位置）的狀態可用一個數值來確定，這種數值叫做相位。

相位造句：

1、在偶然情況下該短句強調了相位對于激光的重要性。

2、研究人員預計，這些相位應該表現為所觀測到的光線在亮度上的微弱變化。

3、典型的智能度量設計包括來用戶端的電流、相位和頻率數據向電力調配公司的周期傳送。

4、如果你在這條路徑上，你就會看見日環食，在它的最大相位，一個環狀陽光會包圍著月球。

5、在贗能隙相位期間，銅氧化物半導體中電子發生了改變，那里的電子隧穿能力在不同的氧原子中有所區別。

6、輪廓調制結合了一種相位調制信號的波形和放大器的輸出阻抗，可在某個較大型輸出電源關閉后保持更高的效率。

7、在2011年一月，北半球其他地方溫度降低的一部分原因是北極濤動處于負相位。

8、四百年前，伽利略第一次觀察到金星具有類似的相位。

9、如果衛星們位置相近，它們還會顯示出相似的相位。

10、上個月，在土星軌道上的宇宙飛船卡西尼號拍的這張照片，捕捉到土星著名的衛星中的兩個，呈凸圓相位。

11、如果兩個相位不相符合，就不能成鍵。

12、這等到我們之后講到成鍵時是非常重要的，現在先要記住，我們有兩個節點，不好意思，是兩個葉瓣，每個都是不同的相位。

13、他們認為這可能與在所謂的贗能隙相位期間的電子活動有關，而室溫處在這段超導電性受到破壞的溫度范圍內。

14、因為相位偏移有四種可能，所以每一個符碼可以對兩比特位的數據進行編碼。

15、并發相位包括技術開發、工程、制造、產品和后續支持等將影響未來競爭采購。

16、傳統上，數碼單反相機使用一個單獨的對焦感應器進行相位偵測。

17、關于它們我要指出的是,它們有兩個節點，你們可以看到在這里,這些節點的顏色不同，它們的相位不一樣。

18、時的夏季相一致。當夏季北極震蕩處于正相位時，就會導致沙漠地區形成強風并刮向湖區北部以及喜馬拉雅山脈南麓。

19、在計算相位角時,用不到多少物理知識。

20、這不是指正負電荷，它是指相位，這是從波函數中得來的。

21、信號相位的必要相移通過專用波束調節控制器或集中安排的處理器進行控制。

22、在幾年的時間里，伽利略對月球，金星的相位變化，木星的衛星的觀測，粉碎了我們認識中的太陽系古老的托勒密模型。

23、此圖拍攝點距土星526,000英里，太陽-土星-飛船夾角(相位)為74度，圖像比例尺為每個象素31英里。

24、這幅景觀是在太陽-恩克拉多斯-太空船這樣的角度下拍攝完成的，或者用相位來講，以73度角拍攝。

25、我們可以說我們在這,有正相位而這有負相位。

26、那么這樣,就有相位角，我會回過去講它。

27、下一個看見這么又大又亮的滿月的機會，將出現在明年的5月6日，而且它最圓的相位出現的時間只有近地點附近的數分鐘而已。

28、每一個符碼都通過相對于上一個符碼的相位偏移（也即調制方案的差分部分）來進行編碼。

第四篇：相位測距

基于高精度測距的APD接收電路設計

相位式測距是通過測量連續的幅度調制信號在待測距離上往返傳播所產生的相位延遲，間接地測定信號傳播時間，從而得到被測距離的。這種方法測量精度高，通常在毫米量級。

2.1相位式激光測距技術

2.1.1基本原理

相位式激光測距的基本原理框圖如圖所示：

相位法激光測距基本原理圖

它由激光發射系統、角反射器、接收系統、綜合頻率系統、混頻鑒相系統和計數顯示系統等組成。角反射器是一種三個反射面之間互成90°的光學棱鏡，90°角要求有誤差小于± 2 ''的加工精度；它可以把射來的光線按原方向反射回去，即一個入射光射入后，不論入射角如何，經角反射器棱鏡反射后的光線與入射光線平行。

相位法激光測距技術就是利用發射的調制光和被目標反射的接收光之間光波的相位差所包含的距離信息來實現對被測目標距離量的測量。由于采用調制和差頻測相技術，具有測量精度高的優點，廣泛應用于有合作目標的精密測距場合。

基本原理如下：

相位式激光測距調制波形圖

設調制頻率為f，幅度調制波形如圖 2.2 所示，波長為

式中c是光速，λ是調制波形的波長。由圖可知，光波從A點傳到B點的相移φ可表示為

式中，m 是零或正整數，Δm 是個小數，A,B 兩點之間的距離 L 為

式中，t 表示光由A點傳到B點所需時間。

給出(2-3)式時已利用了(2-1)式和(2-2)式。由(2-3)式可知，如果測得光波相移φ中2π的整數 m 和小數Δm，就可由(2-3)式確定出被測距離 L，所以調制光波被認為是相位式激光測距儀測量距離的一把度量標準，可以形象的稱之為“光尺”。不過，用一臺測距儀直接測量A和B兩點光波傳播的相移是非常困難的，因此采用在B點設置一個反射器(即所謂合作目標)，使從測距儀發出的光波經反射器反射再返回測距儀，然后由測距儀的測相系統對光波往返一次的相位變化進行測量。圖 2.3示意地表示光波在距離 L 上往返一次后的相位變化。

光波往返一次后的相位變化圖

為分析方便，假設測距儀的接收系統置 A'，(實際上測距儀的發射和接收系統都是在A點)，并且AB = BA'，A A' = 2L，如圖 2.3 所示，則有

或

式中，m是零或正整數，Δm是小數。這時，Ls表示相應于半個調制周期內光波的傳輸距離，稱之為測距儀的“電尺長度”。

如果被測距離的概略值已經精確到電尺長度以內，即已經知道m的具體數值，則被測距離的精確值就要根據Δm 也就是Δφ來確定。然而實際上經常是不知道被測距離的概略值，而只根據一個調制頻率又無法確定整周期數m，因而不能唯一地確定被測距離。這個問題稱為測距儀的多值性。由于相位測相技術只能測量出不足2π的相位尾數Δφ，即只能確定小數Δm=Δφ/2π，而不能確定出相位的整周期數m，因此，當距離上大于Ls時，僅用一把“光尺”是無法測定距離的。因此采用單一頻率測距時，由于只能在一個電尺長度內測量，測距范圍為Ls。

圖2.4光波經2L后的相位變化

當距離L < λ/2時，即m = 0時，可確定距離L為

由此可知，如果被測距離較長，可降低調制頻率，使得Ls > L即可確定距離L。但是由于測相系統存在的測相誤差，使得所選用的Ls愈大時測距誤差愈大。例如，如果測相系統的測相誤差為1‰，則當測尺長度Ls = 10m時，會引起lcm 的距離誤差，而當Ls = 1000m時，所引起的誤差就可達lm。所以，既能測長距離又要有較高的測距精度，解決的辦法就是同時使用Ls不同的幾把“光尺”。例如要測量584.76m 的距離時，選用測尺長度Ls為1000m 的調制光作為“粗尺”，而選用測尺長度Ls為10m的調制光作為“細尺”。假設測相系統的測相精度為1‰，則用Ls1可測得不足1000m的尾數584m，用Ls2可測得不足10m的尾數4.76m，將兩者結合起來就可以得到 584.76m。

這樣，用一組(兩個或兩個以上)測尺一起對距離L進行測量，就解決了測距儀高精度和長測程的矛盾，其中最短的測尺保證了必要的測距精度，最長的測尺則保證了測距儀的測程。

3.2激光發射部分

激光發射部分，包括激光調制信號（4MHz和40MHz兩路信號）的產生、激光信號的產生和調制發射部分三個模塊。

3.2.1激光調制信號的產生

發射部分最重要的是激光調制信號產生模塊即電路中各個頻率的產生模塊，其中最主要部分包括鎖相環的設計和基于 CPLD和VHDL語言的分頻器的設計。

由總體框圖可知，本系統中除了光頻信號外，電路中一共出現五個不同頻率的信號，即：主振1：fs1=40MHz，主振2fs2 =4MHz，本振1：ft1 =40.01MHz，本振2：ft2=4.01MHz和10KHz的混頻輸出信號，除了最后一個混頻輸出信號外，其他四個頻率的信號都將在這個模塊當中產生。

其中，主振1（fs1）：由40MHz的有源晶振直接產生，這是整個系統頻率產生的源，由系統框圖可以看到，這個信號有四個功能：

1)作為激光調制信號，用這個信號去調制激光器，產生40MHz的發射信號； 2)通過分頻產生4MHz的主振2（fs2）信號；

3)通過分頻提供給鎖相環參考信號，從而獲得本振1(ft1)信號；

4)給混頻器2一個輸入信號，與本振1混頻后獲得發射信號的相位信息，給測相器提供一個開門信號，開始記錄相位差信號。

主振2（fs2）：由CPLD對主振1（fs1）信號10分頻直接產生。由系統框圖可以看到，這個信號的功能為：

1)作為激光調制信號，用這個信號去調制激光器，產生4MHz的發射信號； 2)通過分頻提供給鎖相環參考信號，從而獲得本振2(ft2)信號；

3)給混頻器3一個輸入信號，與本振2混頻后獲得發射信號的相位信息，給測相器提供一個開門信號，開始記錄相位差信號。

本振1(ft1)：由鎖相環產生。由系統框圖可以看到，這個信號的功能為：

1)給混頻器2提供一個輸入信號，與主振1混頻后獲得發射信號的相位信息，給測相器提供一個開門信號，開始記錄相位差信號；

2)給混頻器1提供一個輸入信號，與回波的40MHz信號混頻后獲得回波信號的相位信息，給測相器提供測距相位信息。

本振2(ft2)：由鎖相環產生。由系統框圖可以看到，這個信號的功能為：

1)給混頻器3提供一個輸入信號，與主振2混頻后獲得發射信號的相位信息，給測相器提供一個開門信號，開始記錄相位差信號；

2)給混頻器4提供一個輸入信號，與回波的4MHz信號混頻后獲得回波信號的相位信息，給測相器提供測距相位信息。

3.2.1.1鎖相環（PLL）的設計

鎖相環路是一個相位的負反饋控制系統。在電子線路系統設計中，鎖相環有很廣的用途。本系統用鎖相環系統產生所需頻率的信號，即40.01MHz和4.01MHz的本地振蕩信號。

本設計中，鎖相環路的功能組成框圖如圖3.3示。鎖相環路由壓控振蕩器（VCO）、環路濾波器、鑒相器、整形器、分頻器和源振蕩器組成。

圖3.3鎖相環系統框圖

40.01MHz本地振蕩信號的產生電路原理圖如下：

圖3.4 40.01MHz本地振蕩信號產生電路圖

MC4044鑒相器原理

MC4044是數字鑒相器芯片，內部由三部分組成:鑒相器(Phase Frequency Detector),電荷泵(Charge Pump),運算放大器(Amplifier)。如圖 3.5 所示。

圖3.5 MC4044的內部功能結構圖

芯片中鑒相器2是一塊標志鑒相結果模塊，在本系統中沒有使用。鑒相器1時序圖為圖3.6所示

圖3.6鑒相器1的時序圖

鎖相環路的工作過程是一個動態的反饋過程。如上面的原理和電路系統圖所講，有源晶振產生的40MHz標準信號經過4000分頻得到10KHz信號,送給MC4044（ST002）作參考信號，而壓控振蕩器產生的信號經過4001分頻送給MC4044，作鑒相器的另一個輸入信號。如果鎖相環處于失鎖狀態，即鎖相環不能自動的使 MC4044的兩輸入信號同頻同相，也就是MC4044的輸出電壓不能調節變容二極管的電容使壓控振蕩器振蕩在合適的頻率。此時需要手動調節壓控振蕩器中的中周，即調節回路電感，使鎖相環離開失鎖狀態，進入捕獲狀態。當進入捕獲狀態后，MC4044（ST002）通過兩個輸入信號的相位差產生電壓誤差信號，這個電壓誤差信號經過低通濾波器后去控制變容二極管的電容，進而控制振蕩器的頻率和相位，使鑒相器的相位誤差變的更小。這個過程不斷循環反復，最終達到鎖定狀態，即壓控振蕩器的輸出信號經4001分頻后能與有源晶振輸出信號經4000分頻后的信號同頻同相，鑒相器的輸出相差為0，即輸出引腳（U1、D1）都為高電平，輸出的電壓誤差信號為一定值，變容二極管的電容為一穩定值，壓控振蕩器的輸出為頻率和相位都穩定的信號。這個過程可以用圖 3.7 來表示。

圖3.7鎖相過程示意圖

3.2.1.2基于CPLD和VHDL語言的分頻器的設計

CPLD是復雜的可編程陣列，專指那些集成規模大于1000門以上的可編程邏輯器件。CPLD是現代微電子技術發展的技術成果，用CPLD能大大的減小數字邏輯電路帶來的需要芯片多，制板麻煩的困難，能把很多數字電路的功能縮小到一個小小的芯片內，而且隨著電子技術的發展，速度也能達到設計要求。在本系統的設計中，要用到分頻數為幾千的分頻器，采用數字芯片設計是很困難的事情，所以采用的Altera公司的MAX7064芯片設計分頻器。

使用VHDL硬件描述語言對MAX7064芯片進行程序設計，一個完整的VHDL程序設計由以下幾個部分組成：庫，程序包，實體，結構體，配置。

庫(LIBRARY)：用以存儲預先完成的程序包和數據的集合體；

程序包(PACKAGE)：聲明在設計或實體中將用到的常數、數據類型、元件及子程序等； 實體(ENTITY)：聲明到其他實體或其他設計的接口，即定義本設計的輸入/輸出端口； 結構體(ARCHITECTURE)：定義實體的實現，即電路的具體描述。在結構體內部，如果有時序設計，常用到進程處理結構，即PROCESS()結構，在此結構中的語句具有順序執行功能，為時序邏輯提供了方便。而在此結構外部的語句則是并行運行，能很方便的實現組合邏輯。在本系統設計中，分頻器的設計用到進程結構，即PROCESS()結構； 配置(CONFIGURATION)：為實體選定某個特定的結構體，當實體中只有一個結構體時，默認配置為這個結構體配置。

在QUARTUS Ⅱ環境下，對MAX7064編寫硬件描述語言。如圖3.8所示，MAX7064的設計過程包括以下幾步：

圖3.8QUARTUS環境下的開發流程

在本激光測距系統中，需要五個分頻器：

(1)40MHz十分頻，產生4MHz的信號源，因為要用4MHz的信號去分頻和作為主振信號去驅動激光器，所以4MHz信號必須占空比為1:1，而不同于傳統的十進制計數器型的分頻，即占空比為 9:1；

(2)40MHz經4000分頻產生10KHz信號送到鑒相器1；

(3)40.01MHz的壓控振蕩器產生的本振信號經4001分頻產生10KHz信號送到鑒相器1；(4)4MHz經400分頻產生10KHz信號送到鑒相器2；

(5)4.01MHz的壓控振蕩器產生的本振信號經401分頻產生10KHz信號送到鑒相器2； 對(2)、(3)、(4)、(5)的分頻器，如果采用計數型分頻器(占空比不為1：1)，則可能會出現鑒相器捕捉不到信號邊沿的情況，所以在設計中，統一采用占空比為1：1((3)、(5)的約為1：1)的設計。

3.2.2調制發射部分

驅動電路的輸入信號是40MHz和4MHz兩個頻率的信號的直接相加所得的和信號。電路原理圖如下：

圖3.10 調制發射模塊電路圖

綜合以上，發射部分電路原理圖如下圖3.11所示

圖3.11發射部分總電路圖

測相原理就是對一定數目的測相脈沖進行積分，根據積分電平值來測算精測值。

圖5-3表示CPLD中測相脈沖的產生時序。把15M的參考信號與測距信號同時輸入CPLD，如圖5-3，產生兩者對應的上升沿之間為1，其余地方為零的脈沖，就是測相脈沖。這在CPLD中是比較容易實現的。顯然，測相脈沖的占空比代表了測距信號與參考信號的相位差。然后，CPLD輸出10個測相脈沖送入積分電路進行積分，由電路基礎知識可以知道，若放電常數遠大于脈沖周期，則對脈沖的理想積分圖像如圖5-4所示。

故易見，測相脈沖的占空比越高，即測距信號與參考信號相位差越大，積分電平越高，相位差為2?時電平最高。設將最高電平量為Vmax，將其分配到2?的相位差中，則單位弧度對應的電平值為:

設充電完畢的時間為。在時間處，也就是開始采樣時間處，立即用A/D對電平值進行采樣。采得的電平值的精確度直接關系著或者說決定著系統的測距精度，所以說非常關鍵。由于A/D的采樣時間比起時間常數要小得多，所以可以對電平值多次采樣以提高精度。采10次求平均，即得精測采樣電平值。設采得的電平值為V，則由式(5-2)可知，此時的精測相位差應為:

數據銜接

測得粗測值和精測值即可得到最終的測距值。數據銜接是這樣的:粗測填充用的脈沖頻率為15M，由式(1.4)可得每計一個脈沖代表10m的距離。設計數值為n，由式(5-3)精測相位差為

精測用頻率也為15M，測尺為10m，最終的距離值D為

內光為參考光，外光為接收光

APD接收電路

光電接收電路由 雪崩光電二極管APD、RC 濾波網絡、LC 帶通濾波器、兩級放大和一個滯回比較器組成。反射回來的測距光波被光學接收系統接收，并會聚到APD。在測距光波的照射下，APD上產生了光電流，該光電流的大小隨測距光波而變化，因此在負載上得到了與測距光波頻率變化規律相同的電壓信號。APD雪崩光電二極管采用負偏壓工作方式，一端接地，一端接由 APD 高壓偏置電路輸出的反向高壓；RC 濾波網絡的主要作用是濾除調制信號的高頻分量，以及壓縮系統噪聲帶寬，從而抑制光電系統噪聲，提高檢測靈敏度；LC 帶通濾波器是一個窄帶濾波器，其主要作用是讓中心頻率為 15MHz的一定帶寬的信號頻帶通過，而帶寬以外的信號則被濾掉。放大電路由5U1(SA5211)和運放 TL072 構成，滯回比較器由運放 TL072 組成，作用是將放大后的接收信號轉換成標準的連續脈沖信號

本系統APD采用日本濱松公司生產S2381，其重要的參數特性如下 光譜響應范圍:400-1100nm;光靈敏度:0.5A/W（800nm）;暗電流:典型值為0.05nA，最大值為0.5nA;擊穿電壓:典型值為150V，最大值為200V;截止頻率:1000MHz;溫度系數:0.65V/℃;結電容:1.5pF;過剩噪聲:0.3（800nm）;增益:100（800nm）。

第五篇：物理教案

初三物理教案

§13——2液體壓強

李潤蓮

一、教材分析：

壓強知識是繼密度知識后深入學習的相關內容，也是學習浮力的一個鋪墊，本節內容是在了解固體壓強以后再學習液體壓強的知識，并通過本節內容的學習，讓學生了解液體壓強的特點，了解液體壓強在生活中的應用，會解釋一些簡單的相關現象。本節內容比較抽象，感性知識較小，解答問題時學生需要一定的分析能力和語言表達能力，教學中注意加強實驗教學，多引入例子，從而讓學生獲得較多的感性認識，為理解進一步學習抽象的核心部分打好基礎。

二、教學目標：

Δ知識與技能

了解液體內部都有壓強，液體內部各個方向的壓強，了解液體壓強大小跟什么因素有關，認識液體壓強的實際應用如連通器。

Δ過程與方法

通過實驗的操作，了解液體內部壓強的特點，培養初步的觀察、分析和歸納能力。

Δ情感態度與價值觀

觀察現象和實驗探究過程中培養學生科學態度，提高把科學知識應用于社會生活的意識。

三、教學重點、難點

重點：液體壓強的特點。

難點：應用液體壓強知識解釋實際現象。

四、教學方法：

分組分享教學法（分九組進行探究）

五、教學準備：

連通器一個、U形壓強計、水、圓筒水槽一個、橡皮膜和膠管、投影片

六、教學過程：

引入：分九組實驗，看投影片、看看想想議議。教師提出問題：潛水艇的銅板為什么造得這么厚？

（一）分組分享活動1：

每個小組都分發一只自制的可樂瓶，底部和側壁用橡皮膜封好，把可樂瓶加滿水，各組各自分析和討論，教師讓學生歸納結論：液體對容器底部和側壁都有壓強。

（二）分組分享活動2：

認識壓強計

教師口述，液體對容器壁和底部都有壓強，那么，液體內部有無壓強？我們可用U形液體壓強計測出。用手壓橡皮膜，讓學生觀察U形管液柱的高度差，讓學生知道，如果對橡皮膜有壓強，U形管就會有高度差，對橡皮膜的壓強越大，高度差越大，讓各組學生自己操作兩次，用手壓橡皮膜感受一下。

（三）分組分享活動3：

A、認識液體內部存在壓強，實驗時先把探頭置于空氣中，記錄好高度差，再把探頭沉沒在液體中，觀察U形管兩邊示數變化情況。

B、認識液體內部在同一深度上各個方向壓強關系。提示學生，怎樣可以固定深度不變（把連桿固定在容器壁上），讓學生自己設法改變探頭的方向，記錄方向和數據。

C、認識液體內部壓強跟深度關系，讓學生自己改變深度兩次測出三個不同高度差的值。

D、認識液體內部壓強跟密度的關系。教師提問，要研究液體壓強跟密度的關系，必須要哪些條件一定？讓學生討論后在操作，（加食鹽和調節深度，再讓學生重復以上實驗記錄各方向的高度差）

（四）組分享活動4：

（1）學生對上述四組實驗分析歸納結論：分組討論，看哪組歸納得最準確。

（2）論剛才所用的探究方法是什么方法（控制度量法）

（五）分組分享活動5：

認識連通器。讓學生自己對連通器加水，并把連通器左右不平擺放，觀察各容器的水位，學生分組歸納結論（當水靜止時，各容器的水面相平）。讓學生分組討論，連通器結構有何特點？（上端開口下端連通）分組討論，讓學生舉例子，并討論船閘的原理。

（六）分組分享活動6：

討論書本上的潛艇外鋼殼為何這么厚，為什么堤壩造得上窄下寬？

七、板書設計：

§13——2液體壓強

一、認識液體對容器底部的壓強

二、認識U形壓強計

三、歸納結論：

Ⅰ液體內部的各個方向都有壓強。

Ⅱ同一深度，液體各個方向壓強相等。

Ⅲ液體壓強隨深度的增加而增大。

Ⅳ密度越大，壓強越大。

四、液體壓強跟深度和密度有關（控制度量法）

五、連通器

當同種液體靜止時，各容器的液體相平，應用例子有：

八、作業布置：詳見《課程探究》本節內容