【学练考】2016高中物理 第六章 传感器练习册 新人教版选修32
人教版高中物理选修3-2第六章 传感器单元练习题(含详细答案)
第六章传感器一、单选题1.如下图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )A．温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警B．温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警C．温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警D．温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警2.如图所示,有电流流过长方形金属块,磁场的方向垂直于前后表面,由于发生霍尔效应,下列说法中正确的是( )A．金属块上表面a电势高B．金属块下表面b电势高C．金属块前表面c电势高D．金属块后表面d电势高3.下列关于传感器的说法正确的是( )A．话筒是一种常用的传感器,其作用是将电信号转换为声音信号B．在天黑楼道里出现声音时,楼道里的灯才亮,说明它的控制电路中只有声音传感器C．光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化D．电子秤中所使用的测力装置是温度传感器4.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )A．如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显B．如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显5.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时,把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处,然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息,以下判断正确的是( )A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点B．t1～t2期间小球速度先增大后减小C．t3时刻小球动能最小D．t2与t5时刻小球速度大小不同6.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ随温度T的变化关系如图所示,由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能．以下对电热灭蚊器的判断正确的是( )①通电后,其电功率先增大后减小②通电后,其电功率先减小后增大③当其产生的热量与散失的热量相等时,温度保持在T1不变④当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在T1和T2之间的某一值不变A．①③B．②③C．②④D．①④7.电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器,如图所示．压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压,若发现电压表示数增大,下列说法正确的是( )A．电梯一定加速上升B．电梯一定减速下降C．电梯加速度一定向上D．电梯加速度一定向下8.以下家用电器中利用了温度传感器的是( )A．防盗报警器B．自动门C．电子秤D．电饭煲9.许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时,出现声音它就开启；而在白天,即使有声音它也没有反应,它的控制电路中可能接入的传感器是( )①温度传感器；②光传感器；③声音传感器；④热传感器A．①②B．②③C．③④D．②④10.霍尔元件能转换哪个物理量( )A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量二、多选题11.(多选)如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是( )A．严重污染时,LDR是高电阻B．轻度污染时,LDR是高电阻C．无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响12.(多选)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件D．干电池13.(多选)为锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1＝25 Ω,电源输出电压恒为U ＝3 V,理想电流表的量程为0～0.6 A,当拉环不受力时,滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 AC．当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处D．当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处三、实验题14.如图所示,一热敏电阻R T放在控温容器M内；A为毫安表,量程6 mA,内阻为数十欧姆；E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小；R为电阻箱,最大阻值为999.9 Ω,S为开关．已知R T在95 ℃时的阻值为150 Ω,在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下R T的阻值．(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图．(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度,使得R T的温度为95 ℃.c．将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全．d．闭合开关．调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录________．e．将R T的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱,使得电流表的读数________,记录________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值R T1＝________.g．逐步降低T1的数值,直到20 ℃；在每一温度下重复步骤e、f.15.现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在实物图上连线．(2)实验的主要步骤：①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,________,________,断开开关．③实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得R－t关系图线．请根据图中的图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝________＋________t(Ω)保留3位有效数字．四、计算题16.在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω,结构如图所示,当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源,已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器触头P在中点,与固定接头Q正对,当系统以角速度ω转动时,求：(1)弹簧形变量x与ω的关系式；(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．17.如图所示是一种悬球式加速度仪,它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度．金属球的质量为m,它系在金属丝的下端,金属丝的上端悬挂在O点,AB是一根长为L的均匀电阻丝,其阻值为R,金属丝与电阻丝接触良好,摩擦不计,电阻丝的中心C焊接一根导线,从O点也引出一根导线,两线之间接入一个电压表(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直,且OC＝h,电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上,整个装置固定在列车中使AB与车前进的方向保持水平．列车静止时金属丝呈竖直状态,当列车加速或减速前进时,金属丝将偏离竖直方向,从电压表的读数变化可以测出加速度的大小．(1)当列车向右做匀加速直线运动时,试推导出加速度a与电压表读数U′的关系式(a用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)；(2)用推导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀？(3)C点设置在电阻丝AB中点的原因是什么？对电压表的选择应有什么特殊要求？18.如图所示为一种加速度仪的示意图．质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中,这时电压表指针恰好在刻度盘正中．求：(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式．(2)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？(3)若电压表指针指在满刻度的3/4位置,此时系统的加速度大小和方向如何？五、填空题19.目前有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图所示．图中D是红色光发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K 为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关电路,当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合．这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭．根据上述信息和原理图,我们可推断：按钮开关K按下前,发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”),按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻R L相比,应满足R________R L的条件．20.按如图所示接好电路,合上S1,S2,发现小灯泡不亮,原因是________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风,会发现小灯泡________________,原因是________________；停止吹风,会发现小灯泡________________,原因是____________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现小灯泡________________,原因是____________________________．21.如图甲所示,某同学设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”,它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景．它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时,开关自动闭合,且当压敏电阻受到车的压力,它的阻值变化引起电流变化达到一定值时,继电器的衔铁就被吸下,工作电路中的电控照相机就工作,拍摄违规车辆．光控开关未受到该种光照射就自动断开,衔铁不被吸引,工作电路中的指示灯发光．(1)要记录车辆违规闯红灯的情景,光控开关应在接收到________光(填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合．(2)已知控制电路的电源电动势为 6 V,内阻为 1 Ω,继电器电阻为R0＝9 Ω,当控制电路中电流大于0.06 A时,衔铁会被吸引,如图乙所示,则只有质量超过________ kg的车辆违规时才会被记录．(g取10 N/kg)22.电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分,即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成,S1是一个磁铁限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时,自动断开,且不能自动复位(闭合),S2是一个双金属片自动开关,当温度达到70～80 ℃时,自动断开,低于70 ℃时,自动闭合,红灯、黄灯是指示灯,通过的电流必须较小,所以R1、R2起________作用,R3是发热电阻,由于煮饭前温度低于70 ℃,所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后,黄灯灭而红灯亮,R3发热,当温度达到70～80 ℃时,S2断开,当温度达到103 ℃时饭熟,S1断开,当温度降到70 ℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态,由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”),若用电饭煲烧水时,直到水被烧干S1才会断开,试解释此现象．23.如图所示,由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光,若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变化是________,发生这一现象的主要原因是________．A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化答案解析1.【答案】D【解析】2.【答案】B【解析】当电流在导体中流动时,自由电子定向移动的方向向左,受到向上的洛伦兹力作用,向金属块上表面聚集,于是金属块的上、下表面分别带上了负电荷与正电荷,从而形成了电势差,且下表面电势高,选项B正确．3.【答案】C【解析】A项,话筒是一种常用的传感器,其作用是将声音信号转换为电信号；B项,天黑楼道里出现声音时,楼道里的灯才亮,说明它的控制电路中有光传感器和声音传感器；C项,光敏电阻随光照强弱变化,其阻值会发生变化,即它够把光照强弱变化转换为电阻大小变化；D项,电子秤中所使用的测力装置是压力传感器；故选C.4.【答案】C【解析】若为金属热电阻、温度升高后,电阻变大,读数变化不明显,A、B错误．若为热敏电阻,读数将明显变化,C对,D错．5.【答案】B【解析】小球下落的轨迹展开图如图所示,B处为绳子原长处,C处为小球重力与绳上拉力相等处,D 处为小球下落的最低点,在F－t图中,0～t1小球在OB间下落,t1～t2小球在BD间下落,t2～t3小球由D回到B处,t3～t4小球在BO间上升,而后下落至B点．由F－t图知,小球在t2时刻下落到最大距离,然后最大距离在逐渐减小,由以上分析知,小球的最大速度出现在C点,对应于t1～t2之间,A 错,B对；小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻,C错误；t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻,速度大小都为零,D错误．正确选项为B.6.【答案】D【解析】在温度由零升到T1的过程中,电阻器的电阻率ρ随温度的升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当T＝T1时,P＝P1达到最大,在温度由T1升高到T2的过程中,ρ增大,R增大,P减小．而温度越高,其与外界环境的温度差也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大,因此在这之间的某温度T3会有P＝PT3＝P′,即电热功率等于散热功率时,达到保温,当T<T3时,P>P′,温度自动升高到T3；当T>T3时,P<P′,温度自动降低到T3,实现自动保湿,正确选项为D.7.【答案】C【解析】电压表示数增大说明人对地板的压力变大,对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速．8.【答案】D【解析】9.【答案】B【解析】10.【答案】B【解析】选B,霍尔元件是将磁感应强度转换成电压的．11.【答案】AD【解析】严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错；LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错；白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D对．12.【答案】BC【解析】13.【答案】ABC【解析】若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,回路短路损坏电源,R0的存在使电路不出现短路,因此A正确．当拉环不受力时,滑片P在a端,由欧姆定律得,I＝＝0.1 A,故B正确．拉力为400 N时,由F＝kΔx,则Δx＝4 cm,对应的电阻为RaP＝20 Ω,R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω,由闭合电路欧姆定律得,I′＝＝0.3 A,故D错,C正确．14.【答案】(1)如图所示(2)d.电阻箱的读数R0 e．仍为I0电阻箱的读数R1 f．R0－R1＋150 Ω【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电阻串联．(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时,外电路的总电阻相等．95 ℃和T1时对应的电路的总电阻相等,有150 Ω＋R0＝R T1＋R1,即R T1＝R0－R1＋150 Ω.15.【答案】(1)如图(2)②读取温度计示数读取电压表示数(3)100 0.400【解析】(1)连接实物图时导线不能交叉,电压表应并联在电阻两端,电流由电压表的正接线柱流入电压表．(2)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需测出热敏电阻的阻值及相应的温度,热敏电阻的阻值用R＝间接测量,故需记录的数据是温度计示数和电压表的示数．(3)设热敏电阻R＝R0＋kt,由图线斜率知k＝0.400.温度为10 ℃时,热敏电阻R＝104 Ω,则R0＝R－kt＝104 Ω－0.400×10 Ω＝100 Ω,所以R＝100＋0.400t(Ω)．16.【答案】(1)x＝(2)U＝【解析】(1)由圆周运动规律知kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)即kx－mω2x＝mω2l0所以x＝(2)由串联电路的规律知U＝E＝.17.【答案】(1)设列车加速度为a时,小球偏离竖直方向θ角,此时小球受力情况如图所示,根据牛顿第二定律得mg tanθ＝ma.①因为tanθ＝,②由①②两式得a＝g③又设列车加速度为a时,电压表读数为U′＝＝,④由④式得DC＝,⑤将⑤式代入③式得a＝⑥(2)由⑥式可知,g、L、U、h均为常数,则列车加速度a与电压表读数U′成正比,可将电压表中刻度一一对应地改成加速度a的数值,因而可知表盘上加速度a的刻度与电压表的刻度一样,是均匀的．(3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化)；所选择的电压表中间刻度应为零【解析】18.【答案】(1)a＝(E－2U)(2)均匀,因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系(3)方向向左【解析】(1)当振子向左偏离中间位置x距离时,由牛顿第二定律得2kx＝ma①电压表的示数为U＝E②由以上两式解得a＝(E－2U)．③(2)均匀,因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系．(3)当滑动触头滑到最右端时,电压表最大示数U m＝E,电压表指针指在满刻度的位置时,U＝E代入③式解得a＝－,负号表示方向向左．19.【答案】发光的 1 熄灭的≫【解析】开关K按下前,S为断开,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的．当按下开关K 后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1 min后断开,故电灯L 能持续发光1 min,由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R≫R L.20.【答案】由于热敏电阻在常温时阻值较大,左侧电路电流较小,电磁铁磁性较弱吸不住衔铁发光当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小,左侧电路中电流增大,电磁铁吸住衔铁,使右侧电路接通,小灯泡亮了发光热敏电阻温度仍然较高熄灭当把热敏电阻放入冷水后,热敏电阻温度降低很快,阻值变大,左侧电路中电流减小,电磁铁将衔铁放开,故小灯泡熄灭【解析】21.【答案】(1)红(2)400【解析】当车辆闯红灯或车辆压在压敏电阻超载时,光控开关闭合,继电器的衔铁就被吸下,电控照相机自动拍照,根据闭合电路欧姆定律I＝,当电流为0.06 A时,外电阻R＝90 Ω,从题图乙中找出对应的压力为4×103N,故质量为400 kg.22.【答案】限流闭合的>【解析】R1、R2起的作用是限流,防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁,S2是自动控制温度开关,当温度低于70℃时自动闭合,当温度达到70～80 ℃时又自动断开,使电饭煲处于保温状态,由于R3的功率较大,因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开,而水的沸点只有100 ℃,因此用电饭煲烧水时,直到水被烧干后S1才会断开．23.【答案】变暗 C【解析】电阻丝的电阻率随温度的升高而增大,电阻也增大,电路中电流减小,根据P＝I2R知,小灯泡的实际功率减小,所以变暗．。
学练考2016高中物理特色专题训练2新人教版选修3_2
特色专题训练(二)电磁感应和交变电流本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，共100分，考试时间90分钟．第Ⅰ卷(选择题共36分)一、选择题(本题共9小题，每小题4分，共36分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分)1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( )A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同2．如图Z21所示，两块条形磁铁摆成“V”字形，将一根绕有多匝线圈的软铁棒置于N、S极之间．线圈与灵敏电流计通过开关相连．下列说法正确的是( )图Z21A．保持两磁铁与软铁棒三者的相对位置不变，只要闭合开关，电路中就会产生持续的电流B．保持两磁铁与软铁棒三者的相对位置不变，开关闭合的瞬间电路中会产生感应电流C．开关保持闭合的情况下，将软铁棒从两磁极间移开的瞬间，电路中会产生感应电流D. 开关保持闭合的情况下，移开左侧或右侧磁铁的瞬间，电路中不会产生感应电流3．照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰时开灯，电灯比深夜时要显得暗些．这是因为用电高峰时( )A．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，每盏灯两端的电压较小B．总电阻比深夜时大，供电线路上的电流小，通过每盏灯的电流较小C．总电阻比深夜时小，供电线路上的电流大，输电线上损失的电压较大D．供电线路上的电流恒定，但开的灯比深夜时多，通过每盏灯的电流小4．(多选)正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图Z22甲所示的方式连接，R＝200 Ω.图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图像．则( )图Z22A．交流电压表的读数是311 VB．交流电流表的读数是1.1 AC．R两端的电压随时间变化的规律是u R＝311cosπt(V)D．R两端的电压随时间变化的规律是u R＝311cos 100πt(V)5．如图Z23所示，在匀强磁场中的“U”形金属轨道上，有两根等长的金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则( )图Z23A．断开开关S，ab中有感应电流B．闭合开关S，ab中有感应电流C．无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流D．无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流6．交流电源与理想变压器按如图Z24所示的方式连接．变压器的原线圈匝数n1＝600匝，交流电源的电动势e＝311sin 100πt(V)，不考虑其内阻，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，原线圈串联一个额定电流为0.2 A的保险丝，副线圈匝数n2＝120匝，为保证保险丝不被烧断，则( )图Z24A．负载的功率不能超过31 WB．副线圈中电流的最大值为1 AC．副线圈电路中的电阻R不能小于44 ΩD．副线圈电路中电压表的读数为62 V7．如图Z25所示，理想变压器的a、b端加上交流电压(电压有效值保持不变)，副线圈c、d 端所接灯泡L恰好正常发光．此时滑动变阻器的滑片P位于图示位置．现将滑片下移(导线电阻不计)，则以下说法中正确的是( )图Z25A．灯泡仍能正常发光，原线圈输入电流变小B．灯泡不能正常发光，原线圈输入功率变大C．灯泡不能正常发光，原线圈输入电压变大D．灯泡仍能正常发光，原线圈输入功率不变8．如图Z26，水平桌面上固定有一半径为R的金属细圆环，环面水平，圆环每单位长度的电阻为r，空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向下；一长度为2R、电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切，切点为棒的中点．棒在拉力的作用下以恒定加速度a从静止开始向右运动，运动过程中棒与圆环接触良好．下列说法正确的是( )图Z26A ．拉力的大小在运动过程中保持不变B ．棒通过整个圆环所用的时间为2R aC ．棒经过环心时流过棒的电流为B 2aRπrD ．棒经过环心时所受安培力的大小为8B 2R 2aRπr9．在水平桌面上，一个面积为S 的圆形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B 1随时间t 变化的规律如图Z 27甲所示，0～1 s 内磁场方向垂直于线框平面向下．圆形金属线框与两根水平的平行金属导轨相连接，一根导体棒垂直于导轨放置，导体棒的长为L 、电阻为R ，且与导轨接触良好，导体棒处于磁感应强度为B 2的匀强磁场中，如图乙所示．若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f 随时间变化的图像是图Z 28中的(设向右的方向为静摩擦力的正方向)( )甲 乙图Z 27A BC D图Z 28第Ⅱ卷(非选择题 共64分)二、实验题(本题共2小题，10题6分，11题9分，共15分)10．图Z 29为“研究电磁感应现象”实验的实物连接图，实验表明：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会产生感应电流．将线圈L 1插入线圈L 2中，合上开关S ，能使线圈L 2中感应电流产生的磁场方向与线圈L 1中原磁场方向相同的实验操作是( )图Z 29A ．插入铁芯B ．拔出线圈L 1C ．使滑动变阻器的阻值变大D ．断开开关S11．有一个教学用的可拆变压器，如图Z210甲所示，它有两个用相同的导线绕制的线圈A、B，线圈外部还可以绕线.甲乙图Z210(1)某同学用一个多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B两个线圈的阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，则A线圈的电阻为________Ω，由此可推断________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多．(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一个多用电表和低压交流电源．请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.A线圈的匝数为n A＝________(用所测物理量的符号表示)．三、计算题(本题共4小题，12题11分，13题11分，14题13分，15题14分，共49分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分) 12．如图Z211所示，一台模型发电机的电枢是矩形导线框abcd，其ab边长为l1＝0.4 m，ad边长为l2＝0.2 m，匝数n＝100匝，它在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕通过线框对称中心线且垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，当开关S断开时，电压表的示数为10 2 V，开关S闭合时，外电路上标有“10 V10 W”的灯泡恰好正常发光，求：(1)导线框abcd在磁场中转动的角速度；(2)开关S闭合后，导线框从图示位置转过θ＝60°的过程中通过灯泡的电荷量．图Z21113．如图Z212所示，理想变压器的原线圈通有正弦式交变电流，副线圈接有3个电阻和一个电容器．已知R1＝R3＝20 Ω，R2＝40 Ω，原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈的输入功率为P ＝35 W，已知通过R1的正弦交变电流如图乙所示．求：(1)原线圈输入的电压；(2)电阻R2的电功率；(3)流过电容器C的电流．图Z21214．如图Z213甲所示：MN、PQ是相距d＝1 m的足够长的平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面成某一夹角，导轨电阻不计；长也为1 m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，ab的质量m＝0.1 kg、电阻R＝1 Ω；MN、PQ的上端连接右侧电路，电路中的R2为电阻箱；已知灯泡电阻R L＝3 Ω，定值电阻R1＝7 Ω，调节电阻箱使R2＝6 Ω，重力加速度g取10 m/s2.现断开开关S，在t＝0时刻由静止释放ab，在t＝0.5 s时刻由静止闭合S，同时加上分布于整个导轨所在区域的匀强磁场，磁场方向垂直于导轨平面斜向上：图乙为ab的速度随时间变化的图像．(1)求斜面倾角α及磁感应强度B的大小．(2)ab由静止下滑x＝50 m(此前已达到最大速度)的过程，求整个电路产生的热量．(3)若只改变电阻箱R2的值，当R2为何值时，ab匀速下滑中R2消耗的功率最大？消耗的最大功率为多少？甲乙图Z21315．某水电站发电机组的设计如下：水以v1＝3 m/s的速度流入水轮机后以v2＝1 m/s的速度流出，流出水位比流入水位低10 m，水流量为Q＝10 m3/s.已知水轮机的效率为75%，发电机的效率为80%，水的密度ρ＝1×103kg/m3，g取10 m/s2，试问：(1)发电机的输出功率是多少？(2)如果发电机输出电压为240 V，用户所需电压为220 V，输电线路中的功率损耗为5%，输电线的总电阻为12 Ω，那么所需用升、降压变压器的原、副线圈匝数比分别是多少？参考答案特色专题训练(二)1．C [解析] 由E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔBΔt 知，选项A 、B 错误，选项C 正确；感应电流产生的磁场与原磁场的方向可能相同，也可能相反，选项D 错误．2．C [解析] 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化．当保持两磁铁与软铁棒三者的相对位置不变时，磁通量不变，即使闭合开关也不会产生感应电流，选项A 、B 错误；开关保持闭合的情况下，无论移动软铁棒还是移动磁铁的瞬间，磁通量都是变化的，电路中都能产生感应电流．选项C 正确，选项D 错误．3．C [解析] 照明供电线路的用电器是并联的，晚上七八点钟用电高峰时，用电器较多，总电阻较小，供电线路上的电流较大，输电线上损失的电压较大，用户得到的电压较小，所以选项C 正确．4．BD [解析] 由图乙可知，电源输出电压的峰值为311 V ，有效值为220 V ，所以电压表的读数为220 V ，电流表的读数为电流的有效值I ＝UR ＝1.1 A ，选项A 错误，选项B 正确；由图乙可知T＝2×10－2s ，ω＝2πT ＝100π rad /s ，所以R 两端的电压随时间变化的规律为u R ＝311cos 100πt (V )，选项C 错误，选项D 正确．5．B [解析] 两根金属棒ab 和cd 以相同的速度匀速运动，若断开开关S ，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，选项A 、C 错误；若闭合开关S ，金属棒ab 与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，选项B 正确，选项D 错误．6．C [解析] 由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝44 V ，选项D 错误；由I 1I 2＝n 2n 1得I 2≤1 A ，所以负载的功率P 2＝U 2I 2≤44W ，选项A 错误；副线圈中的电流的最大值为I m ＝ 2 A ，故选项B 错误；由R ＝U 22P 2得R≥44 Ω，选项C 正确．7．A [解析] 因为副线圈两端的电压没有发生变化，所以灯泡仍能正常发光．当滑片下移时，由于滑动变阻器的电阻增大，所以副线圈中的电流减小，原线圈中输入的电流也变小，故输入的功率变小，选项A 正确．8．D [解析] 导体棒做匀加速运动，合外力恒定，由于受到的安培力随速度的变化而变化，故拉力一直变化，选项A 错误；设棒通过整个圆环所用的时间为t ，由匀变速直线运动的基本关系式可得2R ＝12at 2，解得t ＝4R a，选项B 错误；由v 2－v 20＝2ax 可知棒经过环心时的速度v ＝2aR ，此时的感应电动势E ＝2BRv ，此时金属圆环的两侧并联，等效电阻r 总＝πRr2，故棒经过环心时流过棒的电流为I ＝E r 总＝4B 2aRπr ，选项C 错误；由对选项C 的分析可知棒经过环心时所受安培力的大小为F ＝2BIR ＝8B 2R 2aRπr，选项D 正确．9．B [解析] 由图甲可知在0～1 s 内磁感应强度均匀增大，产生恒定的感应电流，根据楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针方向；由左手定则可知，导体棒受到的安培力的方向水平向左，导体棒静止不动，故静摩擦力方向水平向右，为正方向，且大小不变．由此可以得出选项B 正确．10．BCD [解析] 根据楞次定律可知，当原磁场减弱时线圈L 2中感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，因为拔出线圈L 1、使滑动变阻器的阻值变大以及断开开关都能够使原磁场减弱，所以选项B 、C 、D 正确．11．(1)24.0 A(2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n 匝线圈；②将A 线圈与低压交流电源相连接；③用多用电表的交流电压挡分别测量A 线圈的输入电压U A 和绕制线圈的输出电压UU AUn(其他方法，只要合理即可) 12．(1)12.5 rad /s (2)225C [解析] (1)由E m ＝nBS ω得ω＝E m nBS ＝20100×0.2×0.4×0.2rad /s ＝12.5 rad /s .(2)开关S 闭合后U L ＝10 V ，P L ＝10 W ，I ＝P L U L ＝1 A ，所以R 总＝EI ＝10 2 Ω，q ＝n ΔΦR 总＝n·12Bl 1l 2R 总＝225 C .13．(1)200 V (2)10 W (3)0.25 A [解析] (1)通过R 1的电流的有效值I 1＝22A ＝1 A ，电阻R 1两端的电压的有效值U 1＝I 1R 1＝1×20 V ＝20 V 所以原线圈输入电压的有效值 U ＝n 1n 2U 1＝10×20 V ＝200 V . (2)通过电阻R 2的电流I 2＝U 1R 2＝2040 A ＝0.5 A ，电阻R 2的电功率P 2＝I 22R 2＝0.52×40 W ＝10 W . (3)原线圈输入的电流I ＝P U ＝35200 A ＝0.175 A ，副线圈输出的电流I′＝n 1n 2I ＝10×0.175 A ＝1.75 A ，R 3支路中的电流I 3＝I′－I 1－I 2＝1.75 A －1 A －0.5 A ＝0.25 A . 14．(1)37° 1 T (2)28.2 J (3)0.27 W [解析] (1)S 断开时，ab 做匀加速直线运动．从图乙得a ＝Δv Δt ＝6 m /s 2，由牛顿第二定律有mg sin α＝ma ，故sin α＝35，解得α＝37°(或α＝arcsin 0.6)． t ＝0.5 s 时，S 闭合且加上了磁场，分析可知，此后ab 将先做加速度减小的加速运动，当速度达到最大(v m ＝6 m /s )后接着做匀速运动，匀速运动时，由平衡条件有mg sin α＝F 安，又F 安＝BId ，I ＝Bdv m R 总，R 总＝R ab ＋R 1＋R 2R L R 2＋R L ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋7＋3×63＋6 Ω＝10 Ω，联立以上各式有mg sin α＝B 2d 2v mR 总，代入数据解得B ＝mgR 总sin αd 2v m＝1 T . (2)由能量守恒定律有mgx sin α＝12mv 2m ＋Q ，代入数据解得Q ＝mgx sin α－12mv 2m ＝28.2 J .(3)改变电阻箱R 2的值后，ab 匀速下滑时有mg sin α＝BdI ， 则I ＝mg sin αBd ＝0.6 A ，通过R 2的电流为I 2＝R LR L ＋R 2I ，R 2的功率为P ＝I 22R 2，联立以上各式有P ＝I 2R 2L （R L ＋R 2）2R 2＝I2R 2L ⎝ ⎛⎭⎪⎫R L R 2＋R 22. 当R LR 2＝R 2时，即R 2＝R L ＝3 Ω，功率最大，最大功率P m ＝14I 2R L ＝0.27 W .15．(1)6.24×105W (2)1∶51 53∶1[解析] (1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率，为P 1＝75%×⎝ ⎛⎭⎪⎫mgh ＋12mv 21－12mv 22t ＝⎝⎛⎭⎪⎫Q ρgh ＋Q ρv 21－v 222×75%＝7.8×105W ，发电机的输出功率为P 0＝P 1×80%＝6.24×105W .(2)输电示意图如图所示，发电机输出的电流I 1＝P 0U 1＝6.24×105240 A ＝2600 A ，输电线路中的功率损耗P 耗＝P 0·5%＝3.12×104W ， 输电线路中的电流I 2＝P 耗R＝ 3.12×10412A ≈51 A ， 所以升压变压器T 1的原、副线圈匝数比n 1n 2＝I 2I 1≈151降压变压器T 2的输出功率为P ＝P 0－P 耗＝5.928×105W T 2的输出电流为I 3＝P U 4＝5.928×105220 A ＝2.7×103A所以降压变压器T 2的原、副线圈匝数比n3 n4＝I3I2＝2.7×10351≈531.。
高中物理 第六章 传感器 3 实验：传感器的应用学案 新人教版选修32
3 实验：传感器的应用[目标定位] 1.理解光控开关、温度报警器的工作原理.2.理解光控开关、温度报警器的灵敏度调节原理.3.会用传感器制作简单的自动控制设备.一、光控开关电路分析1.工作原理(如图1所示).图12.斯密特触发器实质是一个具有特殊功能的非门，当A端电势高于1.6 V时，Y端会输出0.25 V的低电势，当A端电势低于0.8 V时，Y端会输出3.4 V的高电势.3.电路分析(1)电磁继电器的工作原理由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭另外的供电电路.如图2所示，图中虚线框内即为电磁继电器J，D为动触点，E为静触点.当线圈A 中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与静触点E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下被拉起，动触点D与静触点E分离，自动切断工作电路.图2(2)控制电路的原理天较亮时，光敏电阻R G阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻R G电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，R G阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭.深度思考如图1甲所示，要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值如何调节？答案要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A的电压达到某个值(如1.6 V)，就需要R G的值达到更大，即天色更暗.例1如图3所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )图3A.A为低电平，LED发光B.A为高电平，LED发光C.A为低电平，LED不发光D.A为高电平，LED不发光解析A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED 的电压大，发光，故B、C正确.答案BC(1)图中“”叫斯密特触发器，是一种具有特殊功能的“非”门.(2)与物理学中的电路图不同，在涉及门电路的电路图时，表示的是电路中的逻辑关系，通常不把电流的通路完整地画出来.针对训练1 如图4所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻R G的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________(填“导通”或“不导通”)；当天色暗到一定程度时，R G的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED______(填“导通”或“不导通”)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的.图4答案小低不导通导通解析白天，光照强度较大，光敏电阻R G的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，R G阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的.二、温度报警器电路分析1.电路如图5所示.图52.工作原理常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻R T阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警温度不同.深度思考如图5所示，要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应如何调节滑动变阻器R1?答案要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1阻值越小，加在斯密特触发器输入端A端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高.例2温度报警器电路如图6所示，常温下，调整____的阻值使斯密特触发器的输入端A 处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻R T阻值____，斯密特触发器的输入端A电势____，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声.R1的阻值不同，则报警温度不同.图6解析常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻R T阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出警报声，R1的阻值不同，报警温度不同.答案R1减小升高针对训练2 如图7所示，是一个火警报警装置的逻辑电路图.R T是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻.图7(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么温度高时电铃会被接通？(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？答案见解析解析(1)温度较低时R T的阻值很大，R比R T小得多，因此P、X之间电压较大.要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门.(2)高温时R T的阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，电铃响起.(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，R T两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此R较大时，反应较灵敏.三、自动控制电路的分析与设计例3现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图8所示，试设计一个温控电路.要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程.图8解析热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路.答案电路图如图所示.工作过程：闭合开关S，当温度低于设计值时，热敏电阻的阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通使电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某一值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热.当温度低于设计值时，又重复上述过程.设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行：(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关.(2)分析自控电路的合理性电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光.1.(温度报警器电路分析)(多选)如图9是温度报警器的电路示意图，下面对此电路的分析正确的是( )图9A.当R T的温度升高时，其阻值减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B.当R T的温度升高时，其阻值减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C.当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D.当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声答案BC2.(自动控制电路的分析与设计)如图10所示，某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈.P 为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是( )图10A.A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B.A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C.C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D.C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联答案 A解析A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A. 3.(自动控制电路的分析与设计)如图11所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触.若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在________位置，绿灯泡应安在______位置(填“A”或“B”).图11答案 B A解析水位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置.4.(光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图12所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C 为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果.图12答案见解析图解析电路连接如图所示.当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭.当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮.题组一光控开关电路分析1.逻辑电路在电子线路中有着重要的应用.某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路.天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭.图1中R G是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会明显减小.R是可调电阻，起分压作用.“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号，J为路灯总开关控制电路，它在获得高电压时才启动(图中未画出路灯电路).图1(1)当天黑时，R G的阻值变________，“非”门电路获得_______电压，J得到_______电压.(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应将R的阻值调________(填“大”或“小”)一些.答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻R G的阻值变大，A端输入低电压，Y端输出高电压，J得到高电压，开始控制路灯工作.(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R的阻值调大，使A端输入电压较高，当天色较暗时，R G的电阻变大，A端的电压降低，Y端的电压升高，J得到高电压，开始控制路灯工作.2.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图2甲所示电路连接，制成光电报警装置.当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.光敏电阻：光敏电阻受光照射后，阻值会变小.干簧管继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态.试说明光电报警器的工作原理.图2答案当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声；反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声. 题组二温控开关电路分析3.如图3所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小.电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接.则( )图3A.当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下B.当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下C.工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D.工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端答案 B解析当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误.当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确.恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误.4.如图4所示为一自动控制温度的电路，请说明其工作原理.图4答案见解析解析当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮.题组三自动控制电路的分析与设计5.(多选)如图5所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排除污水.以下说法中正确的是( )图5A.若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极B.若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极C.若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中D.若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中答案AD解析铁芯被通电螺线管磁化.6.(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图6所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( )图6A.家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起答案ABD解析由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确.7.如图7是一种防汛报警器的原理图，S是触点开关，B是一个漏斗形的竹片圆筒，里面有浮子A，请你说明这种报警器的工作原理.图7答案见解析解析由题图可以看出，水面上升时，浮子A在漏斗形的竹片圆筒内上浮，顶起金属板.当水面上升达到警戒水位时，使触点开关S闭合，电磁铁电路连通，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁使报警电路的触点开关闭合，灯亮发出防汛警报.。
高中物理 第6章 1 传感器及其工作原理课后巩固练习 新人教版选修32
高中物理第6章 1 传感器及其工作原理课后巩固练习新人教版选修321 传感器及其工作原理一、单项选择题1．关于传感器的作用，下列说法正确的是( B )A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量D．以上说法都不正确2．如图6－1－6所示是测定位移的电容式传感器，其工作原理是哪个量的变化，造成其电容的变化( A )图6－1－6A．电介质进入极板的长度B．两极板间距C．两极板正对面积D．极板所带电量解析：当电介质进入极板的长度变化时，使电容器的介电常数发生了变化．3．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( A )A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控装置C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：红外线警报器的工作原理是：如果有人通过红外线可以察觉得到的范围，那么红外线报警器就会发出信号，并与触点接通，使灯点亮且发出警报．4．下列说法中错误的是( C )A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种磁传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具5．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是( C )A．金属导体 B．绝缘体C．半导体 D．超导体解析：半导体电阻率随温度的升高而减小．6．如图6－1－7是观察电阻值随温度变化情况示意图．现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( C )图6－1－7A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化很明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显解析：金属热电阻随温度的升高，电阻增大，但变化不是太明显．热敏电阻随温度的升高，电阻减小，变化明显．二、双项选择题7．关于干簧管，下列说法正确的是( CD )A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的8．图6－1－8是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B 是光敏电阻．下列说法中正确的是( AD )图6－1－8A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大解析：光敏电阻的阻值随着光照的增强而减小．当传送带无物品挡住光信号时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，路端电压减小，即电压表读数变小；当传送带有物品挡住光信号时，光敏电阻的阻值变大，电路中电流减小，路端电压增大，即电压表读数变大．9．图6－1－9是霍尔元件的工作原理示意图，用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证U H随B的变化情况．以下说法中正确的是( BD )图6－1－9A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，U H将变小B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C ．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D ．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H 将发生变化解析：当霍尔元件在匀强磁场中且电流与磁场垂直时：U H ＝k IB d，垂直时，U H 最大．10．家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC 元件，PTC 元件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图6－1－10所示，由于这种特性，PTC 元件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的是( AC ) 图6－1－10A ．通电后其功率先增大后减小B ．通电后其功率先减小后增大C ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 1至t 2的某一值不变D ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 1或t 2不变解析：根据PTC 元件的电阻率随温度变化的曲线，可知在常温下(0～t 1)，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在在t 1至t 2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以本题正确答案为A 、C.11．如图6－1－11所示，R 1、R 2为定值电阻，L 是小灯泡，R 3为光敏电阻，当照射光强度增大时( AB )图6－1－11A ．电压表的示数增大B ．R 2中电流减小C ．小灯泡的功率减小D ．电路的路端电压增大解析：当光照增强，使得R 3的阻值减小，电路中的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小．R 1中两端的电压增大．并联部分的电压减小，R 2中的电流减小，L 中的电流增大，L 的功率增大．12．传感器是一种采集信息的重要器件．如图6－1－12所示是一种测定压力的电容式传感器．当待测压力F 作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么( BC )图6－1－12A ．当F 向上压膜片电极时，电容将减小B ．当F 向上压膜片电极时，电容将增大C ．若电流计有示数，则压力F 发生变化D ．若电流计有示数，则压力F 不发生变化解析：当F 向上压膜片电极时，电容器的电容将增大，电流计有示数，则压力F 发生了变化．三、非选择题13．如图6－1－13所示，厚度为h 、宽为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时电势差U 、电流I 和B 的关系为U ＝k IB d ， 式中的比例系数k 称为霍尔系数．图6－1－13设电流I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v ，电量为e ，求：(1)电子所受的洛伦兹力的大小； (2)当导体板上下两侧之间的电势差为U 时，电子所受静电力的大小；(3)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k ＝1ne，其中n 代表导体板单位体积中电子的个数．解：(1)洛伦兹力f ＝evB .(2)电子受静电力F 电＝Ee ＝Uhe . (3)由F 电＝f 得Uhe ＝evB ，U ＝vBh 通过导体的电流I ＝nev ·d ·h由U ＝k IB d 得vBh ＝k IB d ＝nevdhB d得k ＝1ne.14．如图6－1－14所示，电源电压恒定，R 3是光敏电阻，当开关S 闭合后在没有光照射时，a 、b 两点等电势，当用光照射电阻R 3时，则( A )图6－1－14A ．R 3的电阻变小，a 点电势高于b 点电势B ．R 3的电阻变小，a 点电势低于b 点电势C ．R 3的电阻变小，a 点电势等于b 点电势D ．R 3的电阻变大，a 点电势低于b 点电势解析：当有光照时，R 3的电阻减小，其电阻两端的电势差减小，a 点的电势升高．15．(双选)某位移传感器的工作原理如图6－1－15甲所示，物体M 在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P ，通过理想电压表显示的数据来反映物体的位移x .设电源电动势为E ，内阻不计，滑动变阻器的长度为L ，物体M 以O 点为平衡位置做简谐运动(取向右为正方向)，振幅为L /2, 物体经过O 点时P 恰好位于滑动变阻器的中点．若电压表的示数U 随时间t 的变化关系如图6－1－15乙所示，则下列说法中正确的是( AD )图6－1－15A．在t1时刻M具有正方向最大速度B．在t2时刻M的速度为零C．在t1时刻到t2时刻时间内，M的加速度先减小后增大D．在t1时刻到t2时刻时间内，M的加速度先增大后减小解析：0～t1时电压是从0到最大，所以滑块是从负的最大位置向平衡位置移动，t1时刻刚到O点且向右．t2时刻是从正的最大位置又返回到平衡位置，速度最大．t1～t2是从平衡位置到正的最大，又从正的最大返回到平衡位置，所以加速度是先增大后减小．16．(双选)传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电量等)的一种元件．如图6－1－16所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是 ( BD )图6－1－16A．图甲中两极间的电量不变，若电压减少，则h变小B．图乙中两极间的电量不变，若电压增加，则θ变大C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变大D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大解析：图甲是在电量不变时，h变小，电容减小，电压增大．图乙是电量不变时，正对面积减小，使得电容减小，引起电压增加．图丙电压不变时，介电常数增加，引起电容增大，电量增加，应充电，电流流出传感器的负极．图丁两极间的电压不变时，压力增大，使板间距离减小，电容增大，需要充电，电流流向传感器的正极．。
【教育资料】人教版高中物理选修32第六章 《传感器》单元测试题(解析版)学习专用
第六章《传感器》单元测试题一、单选题(每小题只有一个正确答案)1.下列说法中不正确的是()A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片C．电子秤所使用的测力装置是力传感器D．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量2.如下图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是()A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警3.R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，2个电阻采用如图方式接在电动势为E、内阻为r的电源上，利用电压传感器和电流传感器研究R2上的电压与电流变化关系．当自上向下滑动R2上的滑片时，通过数据采集器将电压与电流信号输入计算机后，在屏幕上得到的U－I图象应为图中的()A．B．C．D．4.如图所示，R T为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往R T上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是()A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变5.如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是()A．正在增加，＝B．正在减弱，＝C．正在减弱，＝D．正在增加，＝6.如图所示．两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是()A．正在增加，＝B．正在减弱，＝C．正在减弱，＝D．正在增加，＝7.关于传感器，下列说法正确的是()A．金属材料不可以制成传感器B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号C．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的D．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的8.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比()A．红灯亮，UR2变大B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小D．红灯亮，UR2变小9.某种角速度计，其结构如图所示．当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号．已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计．滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则()A．电路中电流随角速度的增大而增大B．电路中电流随角速度的增大而减小C．弹簧的伸长量为x＝D．输出电压U与ω的函数式为U＝10.某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是()A．当汽车加速前进时，甲灯亮B．当汽车加速前进时，乙灯亮C．当汽车刹车时，乙灯亮D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮11.有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是()A．金属导体B．绝缘体C．半导体D．超导体12.用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是 ()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器13.下面哪一项不是现代传感器的应用()A．当你走近自动门时，门会自动打开B．电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦D．将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱，而不必麻烦银行工作人员14.如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势关系为()A．UM>UNB．UM＝UNC．UM<UND．无法判断15.下列说法正确的是()A．传感器将感受到的非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断B．传感器将感受到的电学量转换为非电学量C．传感器只能将感受到的非电学量转换为电路的通断D．以上说法都不对二、多选题(每小题至少有两个正确答案)16.(多选)如图所示为电阻R随温度T变化的图线，下列说法中正确的是()A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C．图线1的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高17.(多选)下列说法正确的有()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信号转换为电学量18.(多选)关于发光二极管，下列说法正确的是()A．发光二极管能发光，不具有单向导电性B．发光二极管能直接把电能转化为光能C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光19.(多选)下面的技术涉及到传感器应用的有()A．宾馆的自动门B．工厂、电站的静电除尘C．家用电饭煲的跳闸和保温D．声控开关20.(多选)霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B＝B0＋kz(B0、k均为常数)．将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示)，当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同．则()A．磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大B．k越大，传感器灵敏度()越高C．若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高D．电流越大，上、下表面的电势差U越小三、实验题21.青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA 时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．(2)回答下列问题：①如果励磁线圈的电阻R为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________ V，保护电阻R2的阻线值范围为________ Ω.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．四、计算题22.如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将该装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(取g＝10 m/s2)．(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6 N，求此时汽车的加速度大小和方向．(2)求当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数恰为零．五、填空题23.将万用表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻R g的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央，若用不透光的黑纸将R g包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动，若用手电筒光照射R g，表针将向________(填“左”或“右”)转动．24.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．25.如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图．A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮．车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示．若实验显示单位时间内脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量和数据是________；小车速度的表达式为v＝________；行程的表达式为s＝________. 26.为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯的控制电路相接．当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号．27.一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为5 mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．(1)电流刻度较大处对应的温度刻度________(选填“较大”或“较小”)；(2)若电阻箱阻值R′＝150 Ω，当电流为5 mA时对应的温度数值为________ ℃.六、简答题28.如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态．当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC＝h.图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．答案解析1.【答案】A【解析】话筒是声传感器，能得声音信号转换成电信号，故A错．2.【答案】D【解析】3.【答案】C【解析】把R1等效成电源内阻，根据闭合电路欧姆定律：U＝E－I(R1＋r)，图线与U轴截距表示电动势，斜率表示R1＋r，所以选C.4.【答案】D【解析】往R T上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敏电阻R T温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小．当酒精蒸发完毕后，R T的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变．故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．5.【答案】D【解析】K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q·＝mg得＝＝，故D正确．6.【答案】D【解析】S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q＝mg，得＝，故D正确．7.【答案】B【解析】传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，A、D错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声信号转化为电信号，B正确；传感器的类型非常多，不一定是感知电压来实现传递信号的，C错误，故选B.8.【答案】D【解析】当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压UR2＝U并＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确．9.【答案】D【解析】系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)，又输出电压U＝E，联立两式得x＝，U＝，故C错误，D正确．E＝xl10.【答案】B【解析】当汽车向右加速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，与c 接触，甲灯亮．11.【答案】C【解析】金属导体温度升高时电阻增大；绝缘体温度升高时电阻保持不变；对于超导体，在其临界温度以下，温度升高电阻仍为零，高于临界温度，温度升高电阻往往增大；某些半导体材料受到光照或者温度升高时，电阻会大幅度减小．12.【答案】A【解析】13.【答案】D【解析】14.【答案】A【解析】霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用形成的，根据左手定则，金属导体中自由电子受到向下的洛伦兹力作用，向导体的下表面N运动，则导体的上表面M剩下正电荷，所以UM>UN.故选A.15.【答案】A【解析】16.【答案】BD【解析】热敏电阻由半导体材料制成，电阻随温度升高而减小，且灵敏度高，金属热电阻随温度升高电阻增大，灵敏度不高，但测温范围大，化学性质稳定，故B、D正确．17.【答案】BC【解析】18.【答案】BD【解析】发光二极管和普通二极管一样，都具有单向导电性，都是由半导体材料制成的，只有当两端加正向电压时，才能处于导通状态，才可能发光，但不一定发光，要求达到一定的电压值，它能直接把电能转化为光能．故选BD.19.【答案】ACD【解析】宾馆的自动门采用了光电传感器，故选项A对；家用电饭煲的跳闸和保温采用了热电传感器，故选项C对；声控开关采用了声电传感器，故选项D对．20.【答案】AB【解析】根据左手定则可判断电子向下板偏转，所以上板电势高；很据Bev＝e，解得U＝Bdv，所以磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大；电流越大，则电子定向移动的速率v越大，上、下表面的电势差U越大；由于B＝B0＋kz，所以U＝(B0＋kz)dv，所以＝kdv，所以k越大，传感器灵敏度()越高．选项A、B正确．21.【答案】(1)如图所示(2)①20160～520②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开③电磁起重机【解析】(1)电磁继电器分为控制电路和工作电路两部分．根据光敏电阻的特性，可知光敏电阻应串联在控制电路中，为了保护励磁线圈，保护电阻也应该串联在控制电路中．灯泡连入工作电路．(2)因为励磁线圈允许的最大电流I m＝0.1 A，所以励磁线圈两端允许的最大电压U m＝I m R线＝20 V；保护电阻的最小值R21＝－R线＝160 Ω，最大值R22＝－R线＝520 Ω.22.【答案】(1)4.0 m/s2向前(2)10 m/s2向后【解析】传感器上所显示的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即弹簧上的弹力大小，亦即弹簧对滑块的弹力大小．(1)如图所示，依题意知左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6 N.设滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝＝m/s2＝4.0 m/s2，a1与F1同方向，即向前．(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′＝20 N．滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，得a2＝＝10 m/s2，方向向后．23.【答案】左右【解析】24.【答案】限流闭合的>【解析】R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度达到70～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．25.【答案】车轮的半径R和齿轮齿数p【解析】根据速度的意义和车正常行驶的情况，应有v＝2πRf，其中R为车轮的半径，f为单位时间内车轮转过的圈数；若车轮的齿数为p，则转一圈应有p个脉冲被B接收到，因此有f＝n，代p入上式，有v＝.同样，根据行程的意义，应有s＝2πRf′，其中f′为整个行程中车轮转过的圈数；而f′＝，所以s＝.可见，还必须测量的物理量和数据是车轮的半径R和齿轮齿数p，速度和行程的表达式如上面两式所示．26.【答案】声控声音电【解析】27.【答案】(1)较小(2)50【解析】(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小．教育资源(2)电流为5 mA时，电路总电阻为300 Ω，电阻箱阻值R′＝150 Ω，则R＝150 Ω，由题图甲得对应的温度为50 ℃.28.【答案】电路图如图所示．教育资源。
【 精品同步】高中物理 第6章第二节 传感器的应用知能优化训练 新人教版选修32
【 精品同步】高中物理 第6章第二节 传感器的应用知能优化训练 新人教版选修321．关于传感器的作用，下列说法正确的有( )A ．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B ．传感器可以用来采集信息C ．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D ．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量解析：选BC.传感器是将感受的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B 、C 对．2．关于电子秤中应变力传感器的说法正确的是( )A ．应变片是由导体材料制成B ．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C ．传感器输出的是应变片上的电压D ．外力越大，输出的电压差值也越大解析：选BD.应变片是由半导体材料制成的．电阻R ＝ρl S，应变片拉伸，l 变大，R 值变大；应变片压缩，l 变小，R 值变小．传感器输出的是上下应变片的电压差．3．下列说法中正确的是( )A ．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B ．测温仪中测温元件可以是热敏电阻C ．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D ．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态 解析：选B.电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，A 错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，C 错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，D 错误．4．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )A ．两个传感器都是光电传感器B ．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C ．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D ．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作解析：选B.题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A 、C 、D 错，B 对．5．(2011年威海高二检测)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图6－2－10甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E ＝9.0 V ，内电阻不计；G 为灵敏电流表，其内阻R g 保持不变；R 为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S ，当R 的温度等于20 ℃时，电流表示数I 1＝2 mA ；当电流表的示数I 2＝3.6 mA 时，热敏电阻的温度是( )图6－2－10A ．60 ℃B ．80 ℃C ．100 ℃D ．120 ℃解析：选D.由图乙可知，当R 的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R 1＝4 kΩ，则由I 1＝E R 1＋R g 可得R g ＝0.5 kΩ，当电流I 2＝3.6 mA 时，由I 2＝E R 2＋R g，可得R 2＝2 kΩ，结合图乙此时温度为120 ℃，故选D.一、选择题1．下列装置中利用了温度传感器的是( )A ．电熨斗B ．电饭锅C ．电子秤D ．火灾报警器解析：选AB.电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控制温度，A 、B 正确；电子秤是利用力传感器来测力的，C 错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射，使光照射到光电三极管上，光电三极管的电阻减小引起电流变化而发出警报，因此火灾报警器是光电传感器，故D 错．2．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )A ．红外报警装置B ．走廊照明灯的声控装置C ．自动洗衣机中的压力传感装置D ．电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：选A.红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号；走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号；自动洗衣机中的压力传感装置是把位移信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器把温度信号转换成电信号．3．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位( )A．力传感器 B．光传感器C．温度传感器 D．生物传感器解析：选B.太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错．4．如图6－2－11是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )图6－2－11A．常温时上下触点是接触的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些解析：选ABD.常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．5．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势解析：选B.当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是利用电磁感应原理．6．关于电饭锅的说法正确的是( )A．电饭锅中的温度传感器是氧化铁B．铁氧体在常温下具有磁性，温度升至居里点时失去铁磁性C．当温度越过103 ℃时，感温体磁性较强D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位解析：选BD.电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错，B选项正确．当温度超过103 ℃时，感温体磁性消失，则选项C错，温控开关只能手动闭合，故D正确．7．如图6－2－12所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED 发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )图6－2－12A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确解析：选C.由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．8．(2010年高考福建卷)如图6－2－13甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则( )图6－2－13A．t1时刻小球动能最大B．t2时刻小球动能最大C．t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能解析：选C.0～t1时间内小球做自由落体运动，落到弹簧上并往下运动的过程中，小球重力与弹簧对小球弹力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后减速，t2时刻到达最低点，动能为0，A、B错；t2～t3时间内小球向上运动，合力方向先向上后向下，小球先加速后减速，动能先增加后减少，C对；t2～t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能，D错．二、非选择题9．如图6－2－14甲所示为一根竖直悬挂的不可伸长的细绳，绳长为l，下端拴一质量为m的小物块A，上端固定在C点且与一能测量绳拉力的传感器相连，已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透)，接着两者一起绕C点在竖直平面内做圆周运动，在各种阻力都忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，已知子弹射入的时间极短，且图中t＝0为A，B开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题(包括图)中提供的信息，求物块在最高点和最低点的速度．图6－2－14解析：在最高点时，绳的拉力为0，则(m＋m0)g＝m＋m0v21l解得v1＝gl.在最低点时，绳的拉力为F m，则F m－(m＋m0)g＝m＋m0v22l解得v2＝[F m－m＋m0g]lm＋m0.答案：gl [F m－m＋m0g]lm＋m010．电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象．按图6－2－15甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的I －t 曲线，如图乙所示．图6－2－15(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，其面积表示的物理意义是：________； (2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是________C ；(3)根据以上数据估算，电容器的电容是________F.解析：(1)图象纵坐标为电流I ，横坐标为时间t ，由公式q ＝It 可知，矩形面积为放电电荷量．(2)每个小方格的面积代表放电电荷量q 0＝0.08×10－3C ，共有75格，则放电电荷量Q ＝75q 0＝6.0×10－3C.(3)由Q ＝CU 可知C ＝Q U ＝7.5×10－4F.答案：(1)0.1 s 内的放电电荷量(2)6.0×10－3(3)7.5×10－411．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图6－2－16所示．E 是内阻不计、电动势为6 V 的电源．R 0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G 是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R 是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C 是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计．试分析：图6－2－16 压力0 511223…F /N 0 00 50 00 50 00 电阻R /Ω300 280 260 240 220 200 180 … (1)利用表中的数据写出电阻R 随压力F 变化的函数式．(2)若电容器的耐压值为5 V ，该电子秤的最大称量值为多少？(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？解析：(1)由表中数据可知k ＝ΔR ΔF ＝20 Ω50 N＝0.4 Ω/N 所以电阻R 随压力F 变化的函数表达式为R ＝(300－0.4F )Ω.(2)R 上受到的压力越大，R 的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5 V ，所以5 V 6 V ＝R 0R 0＋R，解得R ＝60 Ω， 又∵R ＝(300－0.4F )Ω，得出F ＝600 N.(3)电流表中的电流I ＝E R 0＋R ＝E600－0.4F ，电流I 与压力F 不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀．答案：(1)R ＝300－0.4F (2)600N (3)不均匀。
高中物理选修3-2(人教版)练习：第六章1传感器及其工作原理
第六章传感器1 传感器及其工作原理A级抓基础1．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是( ) A．金属导体B．绝缘体C．半导体D．超导体解析：题中所述四种材料中只有半导体的电阻随温度升高而减小，故选C.答案：C2．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用答案：B3．(多选)下列方法有可能使半导体材料的电阻率减小的是( )A．升高半导体的温度B．用光来照射半导体C．在半导体中加入微量其他杂质D．以上情况都不可能解析：例如光敏电阻阻值在光照下大大减小，故B正确．负温度系数的热敏电阻阻值随温度的升高而减小，故A正确．在半导体中加入微量其他杂质也可使半导体材料的电阻率减小，故C正确．答案：ABC4．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列利用这类传感器的是( )A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：A项为光电传感器，B项为声电传感器，C项为力电传感器，D项为热电传感器．答案：AB级提能力5．(多选)为了保护电脑元件不受损害，在电脑内部有很多传感器，其中最重要的就是温度传感器，常用的温度传感器有两种：一种是用金属做的热电阻；另一种是用半导体做的热敏电阻．关于这两种温度传感器的特点，下列说法正确的是( )A．金属做的热电阻随着温度的升高电阻变大B．金属做的热电阻随着温度的升高电阻变小C．用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变大D．用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变小解析：金属的电阻率随着温度的升高而变大，半导体在温度升高时电阻会变小，故选A、D.答案：AD6．如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：R2与灯L并联后与R1串联，与电流表构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确．答案：C7．(多选)如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定．则可以验证U H随磁感应强度B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)( )A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，U H将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H将发生变化解析：将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式U H＝kIBd知U H将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向沿竖直方向，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场方向沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向时，B与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面的大小发生变化，U H将发生变化，选项D正确．答案：ABD8．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用．下列说法不正确的是 ( )图甲图乙图丙图丁A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器可以用来测量速度解析：甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、液面高度、压力、位移的物理量．故选D.答案：D9.如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势．当用光照射电阻R3时，则( )A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势解析：R3是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，R3两端电压减小，故a点电势将升高，因其他电阻的阻值不变，所以a点电势高于b点电势．答案：A高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
【成才之路】高中物理 第六章 传感器第二节 传感器的应用练习 新人教版选修3
【成才之路】高中物理第六章传感器第二节传感器的应用练习新人教版选修3基础夯实1．电子秤使用的是()A．超声波传感器B．温度传感器C．压力传感器D．红外线传感器答案：C2．下列器件不是应用温度传感器的是()A．电熨斗B．话筒C．电饭锅D．测温仪答案：B3．关于电饭锅的说法正确的是()A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位答案：BD解析：电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错．B选项正确．因水开时温度约为100℃，达不到居里温度，故不能自动断电，则选项C错．温控开关只能手动闭合，故D正确．4．传感器是一种采集信息的重要器件．下图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于可动膜片电极上时，以下说法正确的是()①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流④若电流表有示数，则说明压力F发生变化⑤若电流表有示数，则说明压力F不会发生变化A．②④B．①④C ．③⑤D ．①⑤答案：B 解析：当F 向上压膜片时，电容C 变大而C ＝Q U，U 不变故Q 变大电容器充电①对②③错当压力F 不变时，电容器断路电流表示数为O ，故④对⑤错．5．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图所示的装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R 1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )A ．多用电表应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B ．多用电表应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C ．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D ．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡答案：D解析：测电阻应选用欧姆挡．当温度升高时，热敏电阻受温度变化的影响，偏转角度增大，说明电阻阻值变小，所以应换用倍率小的挡．6．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t 变化的关系如图实线①所示．由于环境温度以及熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO 3，被称为“PTC ”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图实线②所示．根据图线分析：(1)为什么原处于冷态的PTC 熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t 自动地稳定在________<t <________范围之内．(填下标数字)解析：(1)冷态时PCT 电阻很小，电功率很大，所以升温很快．(2)在T 6－T 7之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度t 自动地稳定在T 6<t <T 7范围之内．7．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P 、Q 应接在触头a 、b 之间还是c 、d 之间？热敏电阻两端M 、N 应接在哪两个触头之间？解析：P 、Q 应该分别接在触头a 、b 之间，同时，M 、N 应该分别接e 、f ，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制．能力提升1．关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大答案：BD解析：应变片多用半导体材料制成，故选项A错．传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对．2．将一个力电传感器接到计算机上，可以测量快速变化的力．用这种方法测得的某单摆摆动过程中悬线上拉力大小随时间变化的曲线如图所示．由此图线提供的信息做出下列判断：①t＝0.2s时刻摆球正经过最低点；②t＝1.1s时摆球正处于最高点；③摆球摆动过程中机械能时而增大时而减小；④摆球摆动的周期约是T＝0.6s.上述判断中正确的是()A．①③B．②④C．①②D．③④答案：C解析：注意这是悬线上的拉力图象，而不是振动图象．当摆球到达最高点时，悬线上的拉力最小；当摆球到达最低点时，悬线上的拉力最大．因此①②正确．从图象中看出摆球到达最低点的拉力一次比一次小，说明速率一次比一次小，反映出振动过程摆球一定受到阻力作用，因此机械能应该一直减小．在一个周期内，摆球应该经过两次最高点，两次最低点，因此周期应该约为T＝1.2s，因此答案③④错误．3．将万用表的选择开关置于欧姆档，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻R g的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央，若用不透光的黑纸将R g包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动，若用手电筒光照射R g，表针将向________(填“左”或“右”)转动．答案：左；右4．按下图所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是____________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡____________，原因是____________；停止吹风，会发现____________；把热敏电阻放入冷水中会发现____________．答案：由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；变亮，电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁；小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高；小灯泡熄灭．5．如图所示是电饭煲的电路图，S 1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时，会自动断开．S 2是一个自动控温开关，当温度低于70℃时，会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开．红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R 1＝R 2＝500Ω，加热电阻丝R 3＝50 Ω，两灯电阻不计．(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．答案：(1)见解析解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S 2自动闭合，同时手动闭合S 1.这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，S 2自动断开，S 1仍闭合；水烧开后，温度升高到居里点103℃时，开关S 1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降于70℃时，S 2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S 2又自动断开，再次处于保温状态．(2)加热时电饭煲消耗的电功率P 1＝U 2R 并，保温时电饭煲消耗的电功率P 2＝U 2R 1＋R 并，两式中R 并＝R 2R 3R 2＋R 3＝500×50500＋50Ω＝50011Ω. 从而有P 1P 2＝R 1＋R 并R 并＝500＋5001150011＝121. 6．如图所示，A 是浮子，B 是金属触头，C 为住宅楼房顶上的蓄水池，M 是带水泵的电动机，D 是弹簧，E 是衔铁，F 是电磁铁，S 1、S 2分别为触头开关，S 为开关，J 为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．(1)连接电路图．(2)简述其工作原理．(涉及到的元件可用字母代替)解析：(1)如图(2)按图接好电路，合上开关S ，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B 接触到S 1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F 有磁力，拉下衔铁E ，使S 2断开，电机M 不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作．。
高中物理 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理学案 新人教版选修32
1 传感器及其工作原理[目标定位] 1.知道什么是传感器，理解传感器的工作原理.2.掌握制作传感器的常用元件：光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等的基本特性及工作原理.3.初步掌握各种常用元件的简单应用.一、传感器1.定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断.2.工作原理①敏感元件：相当于人的感觉器官，是传感器的核心部分，是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等)制成的.②转换元件：是传感器中能将敏感元件输出的与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件.③转换电路：将转换元件输出的不易测量的非电学量转换成易于测量的电学量，如电压、电流、电阻等.深度思考传感器在现代信息技术与自动控制中有什么作用？答案传感器的作用是把非电学量(如光、声音、温度等)转化为电学量(如电压、电流等)，尤其是将电学量与计算机技术结合，可以方便地实现信息的采集、处理、输出的自动化和智能化，所以传感器在现代信息技术与自动控制中有极其重要的作用.例1传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图1中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成.图1压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V ，取g ＝10 m/s 2.请回答：(1)(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA ，则这个人的体重是_____ kg. 答案 (1)1.6×10－2(2)50解析 (1)由题图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R ＝300 Ω，此时A 中电流I ＝U R ＝4.8300A ＝1.6×10－2A.(2)当电流I ＝20 mA ＝20×10－3A 时，压力传感器的电阻R ＝U I ＝ 4.820×10－3Ω＝240 Ω，对应表格中，这个人的体重为50 kg.传感器问题的分析思路不同类型的传感器，其工作原理一般不同，但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化.因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化.二、光敏电阻1.特点电阻值随光照增强而减小. 2.原因分析光敏电阻由半导体材料制成，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好.3.作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.例2 如图2所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )图2A.电压表的示数增大B.R 2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大解析当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误；由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C 项正确.答案ABC三、热敏电阻和金属热电阻深度思考热敏电阻是温度传感器中的重要元件，是不是所有的热敏电阻的阻值都随温度的升高而减小？答案不是.正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小.例3在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制.如图3所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器.当环境温度降低时( )图3A.电容器C的带电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大解析当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝ER总知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U 增大，B 正确；又由P 1＝I 2R 1可知，R 1消耗的功率P 1变小，D 错误；电容器两板间的电压U 2＝U －U 1，U 1＝IR 1，可知U 1变小，U 2变大，由场强E ′＝U 2d，Q ＝CU 2可知Q 、E ′都增大，故A 正确，C 错误. 答案 AB解决含有热敏电阻、光敏电阻的直流电路动态分析问题： ①明确热敏电阻、光敏电阻的电阻特性； ②解题思路：R 局⎩⎪⎨⎪⎧增大减小→R 总⎩⎪⎨⎪⎧增大减小→I 总⎩⎪⎨⎪⎧减小增大→U 端⎩⎪⎨⎪⎧增大减小→⎩⎪⎨⎪⎧I 分的变化U 分的变化四、霍尔元件1.构造在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N ，就成为一个霍尔元件. 2.原理E 、F 间通入恒定的电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B 时，薄片中的载流子就在洛伦兹力作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M 、N 间出现电压(如图4所示).图43.作用霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量. 深度思考如图4所示，霍尔元件中M 、N 间的电压U H 如何计算？(在图中设E 、F 间通入的电流恒为I ，外加磁场为B ，薄片厚度为d ，单位体积内载流子数为n ，单个载流子所带电荷量为q ) 答案 该霍尔元件中的载流子受到磁场力作用发生偏转，造成半导体内部出现电场.载流子同时受到电场力作用.当磁场力与电场力平衡时，MN 间电势差达到稳定，且有q U HL＝qvB (L 为MN 之间的宽度)① 再根据电流的微观解释I ＝nqSv ②S ＝Ld ③由①②③整理后，得U H ＝IB nqd. 令k ＝1nq ，所以U H ＝k IB d.例4 如图5所示，有电流I 流过长方体金属块，金属块宽为d ，高为b ，有一磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n ，问：金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？图5解析 因为自由电荷为电子，运动方向与电流方向相反，故由左手定则可判定向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U ，当运动的自由电子所受电场力与洛伦兹力平衡时，有e Ub＝evB ，因为导体中的电流I ＝neSv ＝nev ·bd ，故U ＝IB ned答案 下表面电势高IB ned霍尔电势高低的判断方法：由左手定则判断带电粒子的受力方向，如果带电粒子是正电荷，则拇指所指的面为高电势面，如果是负电荷，则拇指所指的面为低电势面，但无论是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向.在判断电势高低时一定要注意载流子是正电荷还是负电荷.1.(对传感器的理解)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程.下列属于这类传感器的是( ) A.红外报警装置 B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器答案 A解析遥控器是利用红外线传输信号的，故A项正确.2.(光敏电阻的特性)如图6所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是( )图6A.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B.当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C.当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变答案 A解析当滑动触头P向左移动时，使其电阻减小，则流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，则L消耗的功率增大，A正确，B、D 错误；当滑动触头P向右移动时，可分析出L消耗的功率变小，C错误.3.(热敏电阻的特性)如图7所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )图7A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱答案 C解析R2与灯泡L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻R2温度降低时，它的电阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯泡L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错.4.(霍尔元件原理分析及应用)(多选)如图8所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d 表示薄片的厚度，k为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证U H随B的变化情况.以下说法中正确的是( )图8A.增大穿过霍尔元件工作面的磁感应强度B时，U H将变大B.在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C.在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，U H将发生变化答案ABD解析题组一对传感器的理解1.有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( ) A.改变湿度 B.改变温度C.改变磁场D.改变电容答案 D解析手靠近干手机后，使电容式传感器的电容改变，干手机内的电热器工作.2.传感器是把非电学量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件.如图1所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号.电路中a、b构成一个电容器，b 是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜.若声源S 发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中( )图1A.a 、b 板之间的电场强度不变B.a 、b 板所带的电荷量不变C.电路中始终有方向不变的电流D.向右位移最大时，电容器的电容最大 答案 D解析 a 、b 始终跟电源相连，电势差U 不变，由于a 、b 间距离变化，由E ＝Ud知场强变化，A 错误；由C ＝εr S4πkd 知d 变化时C 变化，a 向右位移最大时，电容最大，D 正确；由Q ＝CU知a 、b 所带电荷量变化，电路中电流方向改变，B 、C 错误.3.(多选)电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容C 取决于极板正对面积S 、极板间距离d 以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图2所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )图2A.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器只能用来测量速度 答案 ABC题组二 光敏电阻的特性4.如图3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( )图3A.θ′＝θB.θ′＜θC.θ′＞θD.不能确定答案 B解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小.5.如图4甲所示，光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照，那么R2两端的电压变化是下列图中的( )图4答案 B解析光敏电阻阻值随光照的增强而减小，根据题图乙知R2两端的电压随之同频率地先减小后增大，但不会是零，所以选B.6.(多选)如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻.此光电计数器的工作原理是( )图5A.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次答案AC解析光电计数器的工作原理：当有物体挡住射到光敏电阻R1的光照时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压降低，信号处理系统得到低电压，计数器每由高电压变到低电压，就计一个数，从而达到自动计数的目的.题组三热敏电阻的特性7.(多选)如图6为电阻R随温度T变化的图线.下列说法中正确的是( )图6A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的B.图线2的热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高答案BD解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，所以A错，B对；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，所以C错，D对.8.如图7所示是一个火灾报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料(负温度系数)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )图7A.I增大，U增大B.I减小，U减小C.I减小，U增大D.I增大，U减小答案 B解析当R2所在处出现火情时，半导体热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知：外电路的电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，R3两端的电压将减小，显示器的电流减小.故正确选项为B.9.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.如图8甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )图8A.60 ℃B.80 ℃C.100 ℃D.120 ℃答案 D解析在20 ℃时，E＝(R g＋R1)I1，得R g＝500 Ω，设温度为t时，E＝(R g＋R2)I2，代入数据得R2＝2 000 Ω，从题图乙中可以看出t＝120 ℃，故选D.10.如图9所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是变暗，发生这一现象的主要原因是( )图9A.小灯泡的电阻发生了变化B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化D.电源的电压随温度发生了变化答案 C解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻丝的电阻也增大，电路中电流减小，根据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗.题组四霍尔元件原理分析及应用11.(多选)如图10所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，铜板的前、后板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a 、b 是铜板上、下边缘的两点，则( )图10A.电势φa ＞φbB.电势φb ＞φaC.电流增大时，|φa －φb |增大D.其他条件不变，将铜板改为NaCl 溶液时，电势结果仍然一样答案 AC解析 铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b 侧偏转，所以φa ＞φb ，A 对，B 错；因|φa －φb |＝k IB d，所以电流增大时，|φa －φb |增大，C 对；若将铜板改为NaCl 溶液，溶液中的正、负离子均向b 侧偏转，|φa －φb |＝0，即不产生霍尔效应，故D 选项错误.12.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图11所示的流量计.该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U .若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )图11A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高电压表的示数将越大D.污水流量Q 与U 成正比，与a 、b 无关答案 D解析 由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低，故A 、B 错误.设前、后表面间的最高电压为U ，则qU b＝qvB ，所以U ＝vBb ，由此可知U 与离子浓度无关，故C 错误.因Q ＝vbc ，而U ＝cBb ，所以Q ＝Uc B ，D 正确.13.一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q ＝1.6×10－19 C ，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等.在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽L ab ＝1.0×10－2 m 、L bc ＝4.0×10－2 m 、厚h ＝1×10－3 m ，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B ＝1.5 T 的匀强磁场中，bc 方向通有I ＝3.0 A的电流，如图12所示，沿宽度产生1.0×10－5 V 的横向电压.图12(1)假定载流子是电子，a 、b 两端中哪端电势较高？(2)薄板中形成电流I 的载流子定向运动的速率多大？答案 (1)a (2)6.7×10－4 m/s解析 (1)根据左手定则可确定a 端电势高.(2)当导体内由于载流子沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定.设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v ，横向电压为U ab ，横向电场强度为E ，电场力为F e ＝eE ＝eU ab L ab ，磁场力F B ＝evB ，平衡时U ab L ab e ＝evB ， 得v ＝U ab L ab B ≈6.7×10－4 m/s.。
2015-2016学年高中物理 第六章 传感器学案 新人教版选修3-2
第六章传感器1传感器及其工作原理[学习目标] 1.了解什么是传感器，感受传感技术在信息时代的作用与意义.2.知道将非电学量转化为电学量的意义.3.了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能，知道其工作原理及作用．[先填空1．传感器(1)定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元件．(2)非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制．2．光敏电阻(1)特点：光照越强，电阻越小．(2)原因：无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好．(3)作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．[再思考]有一种电水壶为了防止烧干后引起事故，在水壶上安装了传感器，当壶中的水减少到一定程度时，就会自动断电，这种水壶上安装了什么样的传感器？【提示】这种水壶上安装了压力传感器，当水壶中的水减少到一定程度时，压力减小，压力传感器使电路断开，起保护作用．[后判断]1．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断．(×)2．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的．(√)3．光敏电阻本身就是一种传感器．(×)[再思考]热敏电阻的阻值是否一定随温度的升高而减小？ 【提示】 不一定，有的随温度的升高而增大(PTC 元件)，有的随温度的升高而减小(NTC 元件)．[后判断]1．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度的感知很灵敏．(×) 2．半导体制成的热敏元件温度升高时电阻大幅度变化．(√) 3．金属热电阻的温度升高时电阻升高．(√)[先填空] 1．构造很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E 、F 、M 、N . 2．霍尔电压如图611，E 、F 间通入恒定电流I ，同时外加与薄片垂直的磁场B ，则M 、N 间出现霍尔电压U H ，U H ＝k IB d．d 为薄片厚度，k 为霍尔系数．一个霍尔元件的d 、k 为定值，若保持I 恒定，则U H 的变化就与B 成正比．图6113．作用把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量． [再思考]图612如图612所示为矩形金属薄片，水平放入竖直向下的磁场中，当电流的方向如图所示时，试分析N 、M 两侧面电势的高低．【提示】 对于金属薄片，真正参与导电的是电子，当通如题图所示的电流时，电子沿电流的反方向移动，因此受到的洛伦兹力指向N ，N 侧面聚集负电荷，电势较低，M 侧面带正电荷，电势较高，即φM >φN .[后判断]1．霍尔电压稳定时，载流子所受静电力和洛伦兹力平衡．(√)2．在U H ＝k IB d中，k 为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关．(√) 3．霍尔元件可以感知磁感应强度．(√)预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中学生分组探究一 传感器的工作原理及分类第1步探究——分层设问，破解疑难 1．传感器是起什么作用的元件？【提示】 传感器是一种将非电学量转换为电学量的元件．2．夜晚，楼道里漆黑一片．但随着我们的脚步声响，楼道的灯亮了，身后的灯则依次熄灭．这其中的奥妙是什么？【提示】 在电路中安装了一种能将声、光信号转换为电信号的传感器——声光延时开关．第2步结论——自我总结，素能培养 1．传感器的工作原理非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量敏感元件：相当于人的感觉器宫，直接感受被测量并将其转换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量．第3步例证——典例印证，思维深化如图613所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U t 关系曲线图．图613将该热敏电阻连入如图614所示电路中，电源电压恒为9 V ，电流表读数为70 mA ，定值电阻R 1＝250 Ω.由热敏电阻的I U t 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________V ；电阻R 2的阻值为________Ω.图614【思路点拨】 I U 图线中，图线的斜率表示电阻的倒数，从图甲可看出，该图线的斜率逐渐增大，故可知其阻值随着温度升高而减小．【解析】 电阻R 1两端的电压为9 V ，电阻R 1＝250 Ω，故流过R 1的电流I 1＝U R 1＝9250 A＝0.036 A ，所以流过热敏电阻的电流I ＝I 0－I 1＝0.07 A －0.036 A ＝0.034 A ．由热敏电阻的I U t 关系图线可知当I ＝0.034 A ＝34 mA 时，U t ＝5.3 V ，所以R 2＝U －U t I 2＝9－5.30.034Ω≈108.8 Ω.【答案】 5.3 108.8第4步巧练——精选习题，落实强化 1．(2014·日照高二检测)图615如图615所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S 后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是( )A ．小灯泡的电阻发生了变化B ．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C ．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D ．电源的电压随温度发生了变化【解析】温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱．【答案】 C2．(2014·扬州中学高二检测)如图616所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时，下列描述正确的是()图616A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱【解析】R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路．当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电路中电流减小，外电路电压增大，电流表读数减小，R1两端电压减小，灯L电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．【答案】 C学生分组探究二电容式传感器第1步探究——分层设问，破解疑难1．平行板电容器的电容与哪些因素有关？【提示】由C＝εr S4πkd知平行板电容器的电容与εr、S成正比，与d成反比．2．电容式传感器是如何实现将非电学量转化为便于测量的电学量的？【提示】极板正对面积及两极板间距离的变化、电介质插入极板间深度的变化，会引起电容器电容的变化，通过测定电容的变化就可以得出引起电容变化的非电学量的变化规律．第2步结论——自我总结，素能培养常见电容式传感器第3步例证——典例印证，思维深化图617传感器是一种采集信息的重要器件，如图617是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是 ( )①若F 向下压膜片电极，电路中有从a 到b 的电流； ②若F 向下压膜片电极，电路中有从b 到a 的电流； ③若F 向下压膜片电极，电路中不会有电流产生； ④若电流表有示数，说明压力F 发生变化； ⑤若电流表有示数，说明压力F 不会发生变化． A ．②④ B ．①④ C ．③⑤ D ．①⑤【思路点拨】 根据C ＝εr S 4πkd 和C ＝QU压力F 作用下→d变化→C 变化→Q 变化→回路中产生电流【解析】 在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U 不变，当F 向下压膜片电极时，电容器极板间距d 变小，由C ＝εr S4πkd知，电容器电容C 变大，根据Q ＝CU 知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b 到a 的电流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据Q ＝CU 知，电容器电容C 发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F 发生变化，说法④正确．故A 项正确．【答案】 A电容式传感器可以将非电学量(如：介质的变化、距离的变化、正对面积的变化)转化为电信号，根据这一原理，利用电容式传感器也可以测定距离、面积等物理量，如果板间距离的变化是由压力引起的，那么也可以利用电容式传感器测压力．电容式传感器实际上是一个多功能传感器，可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点．第4步巧练——精选习题，落实强化1．如图618所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F 作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线位置推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )图618A ．向右偏到某一刻度后回到零刻度B ．向左偏到某一刻度后回到零刻度C ．向右偏到某一刻度后不动D ．向左偏到某一刻度后不动【解析】 压力F 作用时，极板间距d 变小，由C ＝εS4πkd 知，电容器电容C 变大，又根据Q ＝CU ，极板所带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流表中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．【答案】 A图6192．如图619所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b 与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a 构成一个电容器，a 、b 通过导线与恒定电源两极相接．声源S 做位移x ＝A sin(100πt )的振动，则( )A ．a 振动过程中，a 、b 板间的电场强度不变B ．a 振动过程中，a 、b 板所带电荷量不变C ．a 振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D ．a 向右的位移最大时，a 、b 板所构成的电容器的电容最大【解析】 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U 保持不变，根据场强E ＝U d ，C ＝εS4πkd可判断A 错、D 对．再由Q ＝CU 可知，B 错．由于Q 变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C 错．【答案】 D传感器问题中的电路动态分析技巧分析该类问题时，关键要做到以下四点：1．如果涉及光敏电阻，必须明确光照情况怎样变化，从而判断出其阻值的变化． 2．如果涉及热敏电阻，必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况，从而判断其阻值的变化．3．如果是其他元件引起的电路变化可具体问题具体分析． 4．结合电路结构特点及局部阻值的变化，根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化．(多选)图6110(2014·宿迁高二检测)如图6110所示，R 1、R 2为定值电阻，L 为小灯泡，R 3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )A ．电压表的示数增大B ．R 2中电流强度增大C ．小灯泡的功率增大D ．电源的路端电压降低【解析】 当照射光强度增大时，R 3减小，则R 外减小，由闭合电路欧姆定律I 总＝E r ＋R 外知I 总增大，U 1＝I 总R 1增大，A 正确．R 2两端的电压U 2＝E －I 总(R 1＋r )，知U 2减小，则IR 2＝U 2R 2将减小，B 错误．流过灯泡的电流由I L ＝I 总－IR 2知I L 增大，小灯泡的功率增大，C 正确．电源的路端电压为U 路＝E －I 总r ，因I 总增大，故U 路减小，D 正确．【答案】 ACD——[先看名师指津]—————————————— 1．掌握热敏电阻的阻值随温度变化的规律和光敏电阻的阻值随光强的变化规律是解决这类问题的前提．2．掌握动态直流电路问题的分析程序是解决此类问题的关键．具体如下： (1)“先阻后流”，即先分析内电阻变化，然后根据闭合电路欧姆定律分析干路电流变化情况；(2)“先内后外”，即先分析内电压变化，再分析外电压变化； (3)“先干后支”，即先分析干路再分析并联支路；(4)“先定后变”，即先分析定值电阻上的电流、电压变化，再分析电阻发生变化的敏感元件上的电流与电压．——[再演练应用]———————————————(2014·珠海检测)如图6111是一火灾报警装置的一部分电路示意图，图6111其中R2是半导体热敏传感器，它的电阻随温度升高而减小，a、b接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比( )A．I变大，U变大B．I变小，U变小C．I变小，U变大 D．I变大，U变小【解析】当传感器R2所在处出现火情时，温度升高，R2电阻减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，路端电压U ab＝E－Ir减小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)减小，通过R3的电流I3减小，通过R2的电流I2＝I－I3增大，D项对．【答案】 D课时作业(十二) 传感器及其工作原理[全员参与·基础练]1．关于传感器的下列说法正确的是( )A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的B．金属材料也可以制成传感器C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．以上说法都不正确【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，选项B正确．传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误．【答案】 B2．(2015·仙桃八中高二检测)关于传感器及其作用，下列说法正确的是( )A．传感器一定是把非电学量转换为电学量B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器【解析】传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系．电磁感应是原理，不是元件和装置，不能称为传感器．【答案】 C3．(多选)(2015·临沂高二检测)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小B．受热后，电阻基本不变C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高D．以上说法都不对【解析】负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高．【答案】AC4．(多选)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )A．发光二极管 B．热敏电阻C．霍尔元件 D．干电池【解析】热敏电阻可以把温度转化为电学量，霍尔元件可以把磁感应强度转化为电压这个电学量，所以选项B、C正确；发光二极管具有单向导电性，可以发光，但不能做传感器，A错误，干电池是电源，不是传感器，D错误．【答案】BC图61125．如图6112所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水换为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显【解析】若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故欧姆表读数变大且不明显，选项A、B错误．若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，选项C正确、选项D错误．【答案】 C6．(多选)如图6113所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )图6113A．严重污染时，LDR是高电阻B．轻度污染时，LDR是高电阻C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．【答案】AD7．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( ) A．改变湿度 B．改变温度C．改变磁场 D．改变电容【解析】根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作理论上可行，但是假如干手机是由温度、湿度的变化而工作就成了室内烘干机．【答案】 D61148．(多选)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器品族，得到广泛应用．如图6114为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷定向运动形成．下列说法正确的是( )A．M点电势比N点电势高B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量D．若保持电流I恒定，则霍尔电压U H与B成正比【解析】当正电荷在导体中运动时，运动电荷在洛伦兹力作用下向N板聚集，M板感应出等量的负电荷，所以M点电势比N点电势低，A错误；根据霍尔元件的特点可知，B、C正确；因霍尔电压的公式U H ＝k IB d，当保持电流I 恒定时，则霍尔电压U H 与B 成正比，D 正确．【答案】 BCD[超越自我·提升练]9．某同学设计的散热排风控制电路如图6115所示，M 为排风扇，R 是可变电阻，R 0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小．控制开关电路具有下列特性：当A 点电势φA ＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA ≥φ0时，控制开关接通电路，M 开始运转．下列说法中正确的是( )图6115A ．环境温度升高时，A 点电势升高B ．可变电阻R 阻值调大时，A 点电势降低C ．可变电阻R 阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高D ．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作【解析】 当环境温度升高时，半导体热敏电阻R 0的阻值随温度升高而减小．则电路中的电流增大，所以A 点的电势升高，故A 正确；可变电阻R 阻值调大时，导致电路的电流减小，则A 点电势升高，故B 错误；可变电阻R 阻值调大时，导致电路的电流减小，则A 点电势升高，由于当A 点电势φA ＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA ≥φ0时，控制开关接通电路，M 开始运转．工作临界温度没变，而是提前被接通，故C 错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A 点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D 错误．【答案】 A10．如图6116所示，R 3是光敏电阻，当开关S 闭合后在没有光照射时，a 、b 两点等电势，当用光照射电阻R 3时( )图6116A ．R 3的电阻变小，a 点电势高于b 点电势B ．R 3的电阻变小，a 点电势低于b 点电势C ．R 3的电阻变大，a 点电势高于b 点电势D ．R 3的电阻变大，a 点电势低于b 点电势【解析】 光敏电阻随光强的增大而减小，故当用光照射电阻R 3时，R 3的电阻变小；此时R 3两端的电压减小，则a 点的电势升高，而b 点电势不变，故a 点电势高于b 点电势；选项A 正确．【答案】 A图611711．如图6117所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则( )①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压A．①③B．①④ C．②③D．②④【解析】R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故①项错误，②项正确．由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故③项正确．当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故④项错误．应选C.【答案】 C图611812．(多选)(2014·长沙一中高二检测)如图6118所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，R t为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )A．温度不变，光照增强 B．温度升高，光照不变C．温度降低，光照增强 D．温度升高，光照减弱【解析】由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误．若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确．若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮，D错误．【答案】AC13．(多选)在如图6119甲所示的电路中，R T是半导体热敏电阻，其电阻R T随温度T 变化的关系图象如图乙所示，当R T所在处温度升高时，下列关于通过理想电流表的电流I，ab间电压U和电容器电量q的说法正确的是( )图6119A ．I 变大，U 变大B ．I 变大，U 变小C ．U 变小，q 变小D ．U 变大，q 变大【解析】 当R T 所在处温度升高时，R T 减小，并联部分电阻减小，总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知：干路电流I 增大，路端电压U 变小，R T 和R 2并联的电压U 并＝E －I 总(R 1＋r )，I 总增大，E 、R 1、r 均不变，则U 并减小，通过R 2的电流I 2减小，通过电流表的电流I ＝I 总－I 2，I 总增大，I 2减小，则I 变大．所以I 变大，U 变小．根据公式C ＝Q U，在电容不变的情况下，电压减小，故带电量Q 减小，故BC 正确．【答案】 BC2传感器的应用[学习目标] 1.了解传感器在日常生活和生产中的应用.2.了解传感器应用的一般模式.3.会设计简单的有关传感器应用的控制电路，提高分析问题、解决问题的能力．[先填空] 传感器 放大转换电路执行机构计算机系统显示器（指针式电表.数字屏）[再思考]应用传感器的实际工作过程中为什么需要放大电路？【提示】因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路放大．[先填空]1．力传感器的应用——电子秤(1)组成及敏感元件：由金属梁和应变片组成，敏感元件是应变片．(2)工作原理金属梁自由端受力F ―→梁发生弯曲―→ (3)作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量．2．温度传感器的应用实例3.光传感器的应用——火灾报警器报警器带孔的罩子内装有发光二极管LED 、发光三极管和不透明的挡板．[再思考]在机场、车站、码头等人员集散地都设有体温检测点，为什么测体温时一般不用水银温度计，而用红外线测温仪？【提示】用水银温度计，测温时间长，同时又容易引起交叉感染，用红外线测温仪测温速度快，也不需要与人体直接接触，又避免了交叉感染，因此用红外线测温仪较好．[后判断]1．应变式力传感器可以用来测量重力，也可用来测牵引力．(√)2．常温下，电熨斗上、下触点应当是分离的，温度过高时，触点接触．(×)3．电饭锅内温度达到100 ℃时，触点分离，切断电源，停止加热．(×)学生分组探究一传感器问题的分析第1步探究——分层设问，破解疑难1．如图621所示，是测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物体，C为导电液体，把传感器接到图示电路中．已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向左偏转，则导电液体的深度h是如何变化的？并说明电容器的电容的变化图621【提示】增大，增大2．如图622所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是什么？。
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百度文库 - 让每个人平等地提升自我 1 第六章 传感器 1 传感器及其工作原理 知识点一 传感器 1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( ) A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
2．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为改变了( ) A．湿度 B．温度
C．磁场 D．电容
知识点二 光敏电阻 3．如图L611所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是( )
图L611 A．当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑片P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变
知识点三 热敏电阻和金属热电阻 4．图L612是观察元件的电阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
图L612 A．如果R为金属热电阻，则读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，则读数变小，且变化不明显
C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，则读数变化非常明显
D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，则读数变化不明显
知识点四 霍尔元件 5．如图L613所示，截面为矩形的金属导体放在磁场中，当导体中通有电流时，导体百度文库 - 让每个人平等地提升自我 2 的上下表面的电势关系为( )
图L613 A．φM>φN B．φM＝φN
C．φM．无法判断
6．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图L614所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
图L614 A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高
C．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大
D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关
7．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于“巨磁电阻效应”的开发用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是( ) A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．金属热电阻的阻值随温度升高而减小
8．图L615是一个测定液面高度的传感器示意图，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，导电液体的深度h的变化情况为( )
图L615 A．h增大 B．h减小
C．h不变 D．无法确定
9．图L616为测定压力的电容式传感器示意图，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线位置百度文库 - 让每个人平等地提升自我 3 推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )
图L616 A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
10．(多选)图L617是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有图示方向的电流，a、b是铜板上、下表面的两点，则( )
图L617 A．电势φa＞φb
B．电势φb＞φa
C．电流增大时，|φa－φb|增大
D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样
11．(多选)图L618为电阻R随温度T变化的图线．下列说法中正确的是( )
图L618 A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的
B．图线2的热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的
C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
12．(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图L619所示，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时( )
图L619 A．电容器C的带电荷量增大
B．电压表的读数增大 百度文库 - 让每个人平等地提升自我 4 C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
13．如图L6110所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过金属块的前、后两个侧面，金属块单位体积内的自由电子数为n，金属块上、下表面哪个表面电势高？电势差是多少？
图L6110 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
5 2 传感器的应用 3 实验：传感器的应用 知识点一 力传感器的应用 1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图L631甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是( )
图L631 A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
2．(多选)为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，图L632是其原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，ab与滑片P间的摩擦不计，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )
图L632 A．小明在电路中接入R0的目的是保护电路
B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处
D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处
知识点二 光传感器的应用 3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( ) A．光传感器 B．温度传感器
C．声传感器 D．压力传感器
知识点三 温度传感器的应用 4．(多选)图L633是自动调温式电熨斗的结构图，下列说法正确的是( ) 百度文库 - 让每个人平等地提升自我
6 图L633 A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下移一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
知识点四 光控开关和温度报警器 5．如图L634所示的光控电路中，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED________发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．
图L634 6．(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图L635甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程( )
图L635 A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
7．如图L636所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量变化率分别是( )
图L636