物理选修3-2课后作业：6-2 传感器的应用 含解析

时间：45分钟
一、单项选择题
1．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化．与之相连的电子电路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是(B)
A．温度传感器B．压力传感器
C．磁传感器D．光传感器
解析：小金属片被按下时，将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．
2.如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容两极板间的(A)
A ．距离变化
B ．正对面积变化
C ．介质变化
D ．电压变化
解析：振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．
3.如图所示，为大型电子地磅电路图，电源电动势为E ，内阻不计．不称物体时，滑片P 在A 端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P 下滑，使滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上A 、B 间距离为L ，最大阻值等于定值电阻的阻值R 0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k ，则所称重物的重力G 与电流大小I 的关系为(A )
A ．G ＝2－E IR 0kL
B ．G ＝E IR 0－1
C ．G ＝E IR ＋1
D ．G ＝kIL
解析：物体在地磅上，所以mg ＝k Δx ，在回路中，因为
L －Δx R x ＝
L R 0，所以R x ＝R 0L 因为整个回路I ＝E R 0＋R x ，所以E ＝
R 0R 0mg ，所以G ，所以选A.
4．如图甲所示是一火警报警装置的一部分电路，其中R 2是半导体热敏电阻(传感器)，它的电阻R 随温度t 变化关系如图乙所示，该电路的输出端a 、b 接报警器，当传感器所在处出现火情时，通过电流表的电流I 和a 、b 两端电压U 与出现火情前相比(D )
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：当传感器所在处出现火情时，温度升高，即R 2的阻值减小，故外电阻减小，干路电流增大，内电压、R 4两端的电压均增大，故a 、b 两端电压减小；并联电路的电压减小，通过R 3的电流减小，而总电流增大，所以R 2上通过的电流增大，故D 选项正确．
5．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(D )
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
解析：0～t1时间内，I不变，说明压敏电阻所受压力不变或不受压力，小车做匀加速直线运动或匀速直线运动；t1～t2时间内，I渐大，压敏电阻所受压力逐渐增大，小车做加速度逐渐增大的加速运动，至t2时刻加速度达到一定的值；t2～t3时间内，小车做匀加速直线运动，故正确选项为D.
二、多项选择题
6．下列说法正确的是(BC)
A．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同
B．常温下，上下触点是接触的；温度过高时，双金属片发生弯曲，使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
解析：电熨斗中装有双金属片传感器，且上层金属的热膨胀系数大于下层，故A错；常温下，上下触点是接触的，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，故B、C正确；双金属片是一种导体材料，故D错．
7．图中电容式话筒的右侧有一固定不动的金属板b，与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜a构成一个电容器，
a 、
b 分别通过导线与恒定电源两极相接，声源S 做位移x ＝A sin200πt 的振动，则(BD )
A ．a 振动过程中，a 、b 板之间的电场强度不变
B ．a 振动过程中，话筒会产生电磁波
C ．导线ac 中电流的频率为1000Hz
D ．a 向右位移最大时，a 、b 板间的电容最大
解析：由于振动，a 、b 两极板间形成振荡的电场从而形成电磁波，导线内形成振荡电流．a 向右位移最大时，两极板间距最小，电容最大．导线中电流的频率等于声源S 振动的频率f ＝ω2π
＝100Hz ，所以选B 、D.
8.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m ，升降机静止时电流表示数为I 0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程(BD )
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
解析：电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．
三、非选择题
9.如图所示为普通冰箱内温度控制器的结构．铜质的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统，里面充有氯甲烷和它的蒸气，上述材料就构成了一个温度传感器．膜盒3为扁圆形(图中显示为它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接．盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀．测温泡1安装在冰箱的冷藏室中，5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作．弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上，连杆9的下端是装在机箱上的轴．凸轮8是由设定温度的旋钮(图中未画出)控制的．逆时针旋转时凸轮连杆上端右移，从而加大对弹簧7的拉力．
(1)为什么当冰箱内温度较高时压缩机能够开始工作，而当达到设定的低温后又自动停止工作？
(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？
答案：见解析
解析：(1)冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而当达到设定的低温时弹簧7带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．
(2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故凸轮可以改变设定的温度．
10.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：见解析
解析：电路图如图所示．
设CD ＝x ，P 球平衡时，由平衡条件可得tan θ＝F mg ＝x h
，①根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得，
I ＝E R L ＝U R x
，②根据电阻定律可得R L ＝ρL S
，③R x ＝ρx S
，④由①②③④式可得U ＝tan θ·Eh L
，因为水流速度越大，θ越大，所以U 越大．
11.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间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间．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34
位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
答案：(1)a ＝kL mE
(E －2U )(2)见解析(3)kL 2m 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 ＝ma ①
电压表的示数为U ＝L 2－x L
E ②由以上两式解得a ＝kL mE
(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34位置时，U ＝34E 代入③式解得a ＝－kL 2m .。