2019版高中物理第六章传感器训练+检测新人教版选修3-2【共5套39页】.pdf

《2019版高中物理第六章传感器训练+检测新人教版选修3-2【共5套39页】.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高中物理第六章传感器训练+检测新人教版选修3-2【共5套39页】.pdf（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、本套资源目录 2019 版高中物理第六章 1 传感器及其工作原理训练含解析新人教版选修 3_2 2019版高中物理第六章2传感器的应用训练含解析新人教版选修3_2 2019 版高中物理第六章 3 实验：传感器的应用训练含解析新人教版选修 3_2 2019 版高中物理第六章传感器检测 a 含解析新人教版选修 3_2 2019 版高中物理第六章传感器检测 b 含解析新人教版选修 3_2 1 传感器及其工作原理 课时过关能力提升 基础巩固 1.(多选)关于干簧管,下列说法正确的是()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.

2、干簧管是作为电控元件以实现自动控制的功能 解析:干簧管能感知磁场,是因为当两个舌簧所处位置的磁场方向相同时,就会相互吸引,接通电路,所以将其作开关来使用,当磁场靠近的时候,就会实现闭合或断开。答案:CD 2.下列关于传感器的说法正确的是()A.所有传感器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,所以 A 错误,B 正确;传感器不仅能感知电压的变化,还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量,所以 C 错误。答案:B 3.传感器可将非电学量转化为电学量,起

3、自动控制作用,如计算机鼠标中有位移传感器,电饭煲中有温度传感器,电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器,右图是演示位移传感器的工作原理图,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的滑片滑动,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小,假设电压表是理想的,则下列说法正确的是()A.物体M运动时,电路中的电流会发生变化 B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化 C.物体M不动时,电路中没有电流 D.物体M不动时,电压表没有示数 解析:由于电压表是理想的,因此当滑片 P 移动时,不改变闭合电路的电阻,电路中的电流不发生变化,即电流恒定,A、C 错误;物体M运动时,电压表所测电压是变化的,M不动时,电

4、压表示数恒定,B 正确,D 错误。答案:B 4.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 解析:根据霍尔元件的工作原理,载流子在洛伦兹力作用下漂移,形成霍尔电压,UH=,所以,它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故 B 正确。答案:B 5.如图所示,将一光敏电阻接入多用电表两表笔之间,多用电表的选择开关置于欧姆挡,用光照射光敏电阻时,表针自左向右的偏转角度为。现用手掌挡住部分光线,表针自左向右的偏角为,则可判断()A.=B.

5、D.不能确定 解析:光敏电阻的阻值随光照的减弱而增大,所以用手掌挡住部分光线后光敏电阻的阻值变大,多用电表的指针偏转角度变小。答案:B 6.有一个消毒用电器 P,电阻为 20 k,它只有在电压高于 24 V 时才能工作。今用一个光敏电阻R1对它进行控制,光敏电阻在光照时为 100,无光照时为 1 000。电源电动势E为 36 V,内阻不计,另有一个定值电阻R2,电阻为 1 000。下列电路,当开关闭合后能使消毒用电器在光照时正常工作、无光照时停止工作的是()解析:利用相关知识分析可知,电路 A 和 B 只能使消毒用电器在光照时正常工作,不能在无光照时停止工作;电路 C 能使消毒用电器在光照时正

6、常工作,无光照时停止工作;电路 D 中消毒用电器在光照或无光照时都停止工作。答案:C 7.(多选)如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足UH=H,式中为霍尔系数,为霍尔元件两侧面间的距离,电阻远大于,霍尔元件的电阻可以忽略,则()A.霍尔元件前表面的电势低于后表面 B.若电源的正负极对调,电压表将反偏 C.IH与I成正比 D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比 解析:由左手定则可判断霍尔元件中电子的受力方向向里

7、,电子向元件的后表面聚集,故霍尔元件的前表面电势高于后表面,选项 A 错误;电源的正、负极对调时,线圈中及霍尔元件中电流方向均反向,电子的受力方向不变,仍是前表面电势高于后表面,故电压表不会反偏,选项B 错误;由并联电路电流分配特点可知IH=+,=+,有IHI,ILI,选项 C正确;因BI,IHI,所以UHI2,又RL消耗的电功率P=2,即P2I2,所以UHP,选项 D 正确。答案:CD 8.如图所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往RT上擦一些酒精,表针将向 移动;若用吹风机将热风吹向电阻,表针将向

8、移动。(均选填“左”或“右”)解析:若往RT上擦一些酒精,由于酒精蒸发吸热,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,指针应向左偏;用吹风机将热风吹向电阻,电阻RT温度升高,电阻值减小,指针向右偏。答案:左 右 9.一种半导体材料称为“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 1.610-19 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电源的通断等。在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.010-2 m、长bc=4.010-2 m、厚h

9、=110-3 m,水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5 T 的匀强磁场中,bc方向通有I=3.0 A 的电流,如图所示,沿宽度产生 1.010-5 V 的横向电压。(1)假定载流子是电子,则a、b两端中的哪端电势较高?(2)薄板上形成电流I的载流子定向运动的速率多大?解析:(1)根据左手定则可确定a端电势较高。(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,不断聚积产生横向电场,横向电场的静电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的直线定向运动的速度为v,横向电压为Uab,静电力为F电=,洛伦兹力F磁=evB,平衡时=,解得v=

10、6.710-4 m/s。答案:(1)a端电势较高(2)6.710-4 m/s 能力提升 1.(多选)光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,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()A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压 B.当有光照射R2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 解析:光敏电阻在被光照射时阻值发生变化,这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻阻值大小这个电学量;光敏电阻的阻值随光照的增强而减小;光电计数器工作原理:当有物体挡住射到光敏电阻R1的光照时,R1电阻阻值增大,电路中电流

11、减小,R2两端电压降低,信号处理系统得到低电压,计数器每由高电压转到低电压,就计一个数,从而达到自动计数的目的。答案:AC 2.如图所示,R3是光敏电阻,开关 S 闭合后,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:当光照射R3时,R3阻值变小,R4分压变大,则A点电势将会升高,所以A点电势高于B点电势。答案:A 3.(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。如图所示

12、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()A.电容器C带的电荷量增大 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=总知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数U增大,B 正确;又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1变小,R1消耗的功率P1变小,D 错误;电容器两板间的电压U2=U-U1,U2变大,由电场强度E=2,=2 可知Q、E都增大,故 A 正确,C 错误。答案:AB 4.(多选)霍尔元件的工作原理示意图如图所示。如果用d表示薄片的厚度,k为霍尔

13、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UH随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,UH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,UH将发生变化 解析:一个磁极靠近霍尔元件工作面时,B增强,由UH=知UH将变大,故 A 正确;两极处磁场可看作与地面垂直,所以工作面应保持水平,故 B 正确;赤道处磁场可看作与地面平行,所以工作面应保持竖直,故C错误;若磁场与工作面夹角为,则应有q

14、vBsin=H,可见变化时,UH将变化,故 D 正确。答案:ABD 5.一个测定液面高度的传感器如图所示,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增大时,则导电液体的深度h的变化为()A.h增大 B.h减小 C.h不变 D.无法确定 解析:由题意知,导线芯和导电液体构成电容器的两极,类似于平行板电容器的两极,当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化,会引起电容的变化,与平行板电容器类比可得,导电液体深度h增大时,导线芯和导电液体正对面积增大,电容器的电容变大。答案:A 6.下图是自动水位报警器的示意

15、图。在水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路,灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,灯亮。解析:当水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路,此时电磁铁不吸引衔铁,绿灯所在回路接通,所以绿灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,电磁铁具有磁性,吸引衔铁使红灯所在回路接通,所以此时红灯亮。答案:绿 红 7.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中。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=,式中的比例系数称为霍尔系数。霍尔效

16、应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚积在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场。横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向移动速度为v,电荷量为e。回答下列问题:(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势 (选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A的电势;(2)电子所受的洛伦兹力的大小为 ;(3)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为 ;(4)由 静 电 力 和 洛 伦 兹 力 平 衡 的 条 件,证 明 霍 尔 系

17、 数 为 k=1,其中代表导体板单位体积内电子的个数。解析:(1)电子向左移动,由左手定则知,电子受洛伦兹力向上,故上侧面A聚积电子,下侧面A聚积正电荷,故上侧面电势低于下侧面;(2)洛伦兹力F=evB;(3)电子受静电力eE=;(4)电子受静电力和洛伦兹力的作用,两力平衡,有=得U=hvB 通过导体的电流I=nevdh 由U=,得hvB=k,得k=1。答案:(1)低于(2)evB(3)(4)见解析 8.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,S1、S2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

18、顶上的自动注水装置。(1)连接电路图;(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。答案:(1)如图所示 (2)按图接好电路,闭合开关 S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到 S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁性,吸下衔铁E,使 S2断开,电动机M不工作,停止注水。当水位下降时使B与 S1脱离,控制电路停止工作,F无磁性,D拉动E,使 S2闭合,M工作。2 传感器的应用 课时过关能力提升 基础巩固 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

19、 D.电饭煲中控制加热和保温的温控器 解析:红外报警装置正是把光信号转化为电信号的器件。答案:A 2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况。图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光。每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图中乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为 0.2 m,则下述说法正确的是()A.传送带运动的速度是 0.1 m/s B.传送带运动的速度是 0.2 m/s C.该传送带每小时输送 3 600 个工件 D.该传送带每小时输送 7 200 个工件 解析:

20、有工件通过时,挡住A射向光传感器B的光,传感器输出一个高电压,故知两相邻工件通过的时间t=1 s,传送带的速度v=0.21 m/s=0.2 m/s。每小时传送工件 3 600 个。答案:BC 3.(多选)下列说法正确的是()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温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断 C.电子秤所使用的测力装置是力传感器 D.热敏电阻常用作温度传感器,因为温度变化时,它的电阻值变化明显 解析:话筒是将声音信号转化为电信号的装置,A 错;电熨斗内的双金属片,是利用不同金属的热胀冷缩程度的不同,使电路随温度

21、的改变实现通、断的,B 正确;电子秤所使用的测力装置是力传感器,C 正确;热敏电阻温度变化时,它的电阻值变化明显,D 正确。答案:BCD 4.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 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

22、一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速。答案:C 5.(多选)如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin 314t V 的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为由半导体热敏材料制成的传感器,电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火警时,下列说法正确的是()A.A1的示数不变,A2的示数增大 B.A1的示数增大,A2的示数减小 C.V1的示数不变,V2的示数减小 D.V1的示数增大,V2的示数增大 解析:U1为交流电压u的有效值,故恒定

23、。当传感器R2处出现火警时,R2的电阻减小,副线圈两端电压U副恒定,R2减小时,总电流I3增大,则U3增大,由U1I1=U副I3可知I1增大,因U2=U副-U3,故U2减小,I2减小,B、C 正确。答案:BC 6.(多选)下图是电饭锅结构示意图,下列关于电饭锅的说法正确的是()A.电饭锅中的感温磁体是一种半导体材料 B.开始煮饭时,压下开关按钮的作用是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升,上下触点接触接通电路 C.用电饭锅煮米饭,饭熟后水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当升高到“居里温度”时,电饭锅会自动断电 D.用电饭锅烧水,水沸腾后也可以自动断电 解析:根据电饭锅的结构及工作原理可知选项 B、C

24、 正确,选项 A错误;水的沸腾温度为 100,电饭锅无法自动断电,故选项 D 错误。答案:BC 7.图甲、乙是A和B两位同学在科技活动中自制的利用电压表示数来指示物体质量的电子秤原理图,托盘与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计,滑动变阻器的滑片与弹簧连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零。设滑动变阻器总电阻为R,总长为l,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想电表,通过推导图甲和图乙中电压表示数Ux与物体质量m的关系式,说明哪位同学设计的方案更可取。解析:设托盘中放质量为m的物体时,滑动变阻器的上端到滑片的长度为x,电

25、压表示数为Ux,根据题意有mg=kx,Rx=。对于题图甲有Ux=+0+=(+0+),对于题图乙有Ux=(-)+0+=-(+0+)。对比两式可知,前式中Ux与m成正比,便于测量;而后式中Ux与m不成正比,不便于测量,依据可操作性原则可知A同学设计的原理图更可取。答案:见解析 能力提升 1.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。下列判断正确的是()通电后,其电功率先增大,后减小 通电后,其电功率先减小,后增大 当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保

26、持在t1不变 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.B.C.D.解析:当电热灭蚊器温度由 0 升到t1的过程中,电阻器的电阻率随温度升高而减小,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。当温度由t1升高到t2的过程中,增大,R增大,P减小;而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P也就越大;因此在这之间的某一温度t3会有P=P3=P,即电热功率P减小到等于散热功率时,即达到保温;当tP,使温度自动升高到t3;当tt3时,PP,使温度自动降为t3,实现自

27、动保温。答案:D 2.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有()A.电容变大 B.电容变小 C.导线AB中有向左的电流 D.导线AB中有向右的电流 解析:当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB中有向左的电流,故选项 A、C 正确。答案:AC 3.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导

28、体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是()A.U越大,表示C越大,C与U成正比 B.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比 C.U越大,表示C越小,C与U成反比 D.U越大,表示C越小,但是C与U不成反比 解析:传感器电阻r的倒数与浓度C是正比关系,即1=。电路中的电流为I=+0+,电压表示数U=IR0=0+0+=0(+0+)+1

29、,可见电压与浓度的关系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故 B 正确。答案:B 4.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,人们设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时()A.RM变大,且R越大,U增大越明显 B.RM变大,且R越小,U增大越明显 C.RM变小,且R越大,U增大越明显 D.RM变小,且R越小,U增大越明显 解析:S两端的电压增大,总电流变大,总电阻变小,说明M的电阻RM变小,且R越大,并联电阻减小越快,干路电流增大越明显,电压U增大越明显,故 C 正确。答案:C 5.温度传感器

30、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()A.60 B.80 C.100 D.120 解析:在t=20 时,R1=4 000,E=(RG+R1)I1,代入数据,解得RG=500;当I2=3.6 mA时,E=(RG+R2)I2,解得R2=2 000。从题图乙中可以看出t=120,故选 D。答案:D 6.如

31、图所示,神舟十一号飞船发射升空时,火箭内测试仪台上放一个力传感器,传感器上面压一质量为m的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加速度为a=2,力传感器此时显示物体对平台的压力为点火前压力的1716倍。已知地球的半径为,为地面附近的重力加速度,则此时火箭离地面的高度为_。解析:设此时火箭升空的高度为h,此处的重力加速度为g,则有F-mg=ma,由万有引力定律得(R+h)2g=R2g,又F=1716,由以上解得h=3。答案:3 7.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为 2.

32、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(g取 10 m/s2)。(1)若传感器a的示数为 14.0 N,b的示数为 6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向;(2)当传感器a的示数为零时,求此时车的加速度大小和方向。解析:传感器上所显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,即该弹簧对滑块的弹力大小。(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14.0 N,右侧弹

33、簧对滑块向左的推力F2=6.0 N。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=1-2=14.0-6.02.0 m/s2=4.0 m/s2,a1与F1同向,即向前(向右)。(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。滑块受合力所产生加速度为a2,由牛顿第二定律得F合=F2=ma2,得a2=2=10 m/s2,方向向后(向左)。答案:(1)4.0 m/s2 向右(2)10 m/s2 向左 8.电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作

34、原理大致相同。右图为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。(1)开关 S 闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?(2)电源电压U=220 V,加热时用电器功率 400 W,保温时用电器功率 40 W,求R1与R2的值。解析:(1)当 S 闭合时,R2短路,此时电路总电阻最小,由P=2知功率最大,为加热状态;当 S断开时,R1、R2串联,电路总电阻最大,功率最小,为保温状态。(2)S 闭合时,加热状态有Pmax=21,S 断开时,保温状态有Pmin=21+2 代入数据联立得R1=121,R2=1 089。答案:(1)S 闭合时为加热状态,S 断开时为保温状态(2)R

35、1=121 R2=1 089 3 实验:传感器的应用 课时过关能力提升 基础巩固 1.某市为了节约能源,合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、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.三种特性都利用了 解析:题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性,故 B 正确。答案:B 2.右图是一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质,C为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转,则导电

36、液体的深度h变化为()A.h正在增大 B.h正在减小 C.h不变 D.无法确定 解析:由电源极性及电流方向可知,A、B构成的电容器上的电荷量减小,根据C=,电容C在减小,故正对面积S减小,即h在减小,B 正确。答案:B 3.对于常见的可燃气体浓度的检测,现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下:传感器的核心为一惠斯通电桥,其中一桥臂上有催化剂,当与可燃气体接触时,可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧,该桥臂的电阻发生明显变化,其余桥臂的电阻不变化,从而引起整个电路的输出发生变化,而该变化与可燃气体的浓度成比例,从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为()A.铜 B.合金 C.半

37、导体 D.绝缘体 解析:可燃气体燃烧后电阻发生变化,是由于温度升高造成的,所以此电阻应属于热敏电阻,而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料,故选 C。答案:C 4.(多选)右图是电容式声波传感器的示意图,该电路可将声音信号转化为电信号。该电路中右侧金属板b固定不动,左侧是能在声波驱动下沿水平方向左右往复运动的镀有金属层的振动膜a,a、b构成了一个平行板电容器,且通过导线与稳压电源正、负极相接,a随声源S振动而左右往复运动。下列有关分析正确的是()A.a左右往复运动过程中,a、b板构成的电容器的电容不变 B.a左右往复运动过程中,b板所带的电荷量不断变化 C.a左右往

38、复运动过程中,a、b板之间的电场强度不断变化 D.a左右往复运动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流 解析:由于平行板电容器两极板与电池两极始终连接,两板间的电压U保持不变,根据电场强度公式E=Ud、电容的决定式C=r4,可判断出A 错,C 对;a、b板所带电荷量Q=CU,电容C变化导致Q变化,B 对;由于声源S在水平方向做周期性的往复振动,电容C不断变化导致电荷量Q不断变化,所以电容器出现周期性的充电、放电现象。显然,电流计中电流方向不断变化,D 错。答案:BC 5.(多选)如图所示的光控电路用发光二极管 LED 模拟路灯,RG为光敏电阻。A 为斯密特触发器输入端,在天黑时路灯(发光二极

39、管)会点亮。下列说法正确的是()A.天黑时,Y 处于高电平 B.天黑时,Y 处于低电平 C.当R1调大时,天更暗时,灯(发光二极管)点亮 D.当R1调大时,天较亮时,灯(发光二极管)就能点亮 解析:天黑时,RG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,输出端Y突然由高电平跳到低电平;R1调大时,A 端电压降低,只有天更暗时,RG电阻更大时,路灯才点亮,故 B、C 正确。答案:BC 6.(多选)在制作光控电路实验中,某同学按电路图将元件安装完毕后,发现将装置置于黑暗环境中,接通电源,灯泡不发光,原因可能是()A.二极管两极接反 B.电阻R与光敏电阻位置颠倒 C.电阻R阻值太小 D

40、.灯泡断路 解析:若二极管接反,无法触发晶体管导通,所以 A 项正确。若电阻R与光敏电阻位置颠倒,则光线较强时,光敏电阻阻值小,电阻R上电压较高,晶体管获正向电压导通;而夜晚时,光敏电阻阻值大,电阻R上电压较低,无法触发晶体管导通,B 项正确。若电阻R阻值太小,光敏电阻会一直获较高的正向电压使晶体管导通,灯泡一直处于发光状态,C 项错误。若灯泡断路时,则不会发光,D 项正确。答案:ABD 7.图甲为斯密特触发器,当加在它的输入端 A 的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时,输出端 Y 会突然从高电平跳到低电平(0.25 V);而当输入端 A 的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候,Y 会从低

41、电平跳到高电平(3.4 V)。图乙为一光控电路,用发光二极管 LED 模仿路灯,RG为光敏电阻。下列关于斯密特触发器和光控电路的说法错误的是()A.斯密特触发器的作用是将数字信号转换为连续变化的模拟信号 B.斯密特触发器是具有特殊功能的非门 C.要想在天更暗时路灯才会亮,应该把R1的阻值调大些 D.当输出端 Y 突然从高电平跳到低电平时,二极管发光 解析:斯密特触发器是一种特殊的非门,它把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号,选项 A 错误,选项 B 正确。把R1的阻值调大些,只有RG的阻值更大,即天更暗时,才能使斯密特触发器的 A 端电压达到某个值(1.6 V),使输出端 Y 突然跳到低电

42、平,发光二极管导通发光,选项 C、D 正确。答案:A 8.大多楼道灯具有这样的功能: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。(1)控制电路中接入了哪几种传感器?(2)从这几种传感器来的信号,应通过哪种门电路后,再进入执行电路?答案:(1)接入了两种传感器:光传感器(通常用的是光敏电阻),声传感器(通常用的是微型驻极体话筒)。(2)因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件,即足够暗的光照和足够大的声音,所以要使用与门电路。9.下图是一个警报器装置的逻辑电路图,RT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,A 为斯密特触发器输入端。(1)为什么在

43、高温时电铃会响起?(2)为了提高电路的灵敏度,即将报警温度调得低些,那么R的值应该大一些还是小一些?解析:(1)热敏电阻的温度上升,RT变小,A 的电压低到某一值时,Y 会由低电平跳到高电平,加在电铃两端的电压变大,电铃响起。(2)若R的值大,由于它的分压作用,使RT两端的电压不太高,则外界温度不太高时,就能使PX之间电压降到低电压输入,而当 A 的电压降低到某一值时,Y 会由低电平跳到高电平,加在电铃两端的电压变大,电铃响起。答案:(1)见解析(2)R的值应大一些 能力提升 1.监控系统控制电路如图所示,开关 S 闭合时,系统白天和晚上都工作;开关 S 断开时,系统仅晚上工作。在电路中虚框处

44、分别接入光敏电阻(受光照时阻值减小)和定值电阻,则电路中()A.C是与门,A是光敏电阻 B.C是与门,B是光敏电阻 C.C是或门,A是光敏电阻 D.C是或门,B是光敏电阻 解析:由题意知,S 断开,无光线时监控系统开始工作,有光线时监控系统不工作,所以滑动变阻器与光敏电阻相连;S 闭合,监控系统 24 小时都能工作,所以 S 应与定值电阻相连。两个条件有一个满足就工作,所以是或门,电路图如图所示,故选项 D 正确。答案:D 2.(多选)下图是温度报警器电路示意图,下列关于此电路的分析正确的是()A.当RT的温度升高时,RT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RT的温

45、度升高时,RT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 解析:当RT温度升高时,电阻减小,A 端电势升高到某一数值,Y 端电势突然降低,蜂鸣器导通发出警报,A 错,B 对。当增大R1时,A 端电势升高到某一数值,Y 端电势突然降低,电流通过蜂鸣器,发出报警声,C对,D 错。答案:BC 3.(多选)某同学设计了一个探究电容器所带电荷量与电容器两极间电压关系的实验,实验电路如图甲所示,其中P为电流传感器,V 为电阻很大的电压表。实验时,先将开关

46、 S1闭合,单刀双掷开关S2掷向a,调节滑动变阻器的滑片到某位置使电容器C充电,当电路达到稳定后记录理想电压表的示数。再迅速将开关 S2掷向b,使电容器放电。电流传感器P将电容器充、放电过程中的电流数据传送给计算机,在计算机上可显示出电流i随时间t变化的图像如图乙所示。然后改变滑动变阻器滑片的位置,重复上述步骤,记录多组电流随时间变化的图像和电压表的示数。对于这个实验过程和由图像及数据所得出的结果,下列说法正确的是()A.流过电流传感器P的充电电流和放电电流方向相同 B.图乙中的第段(充电阶段)电流曲线与横轴所围图形的面积表示电容器充电结束时所带的电荷量 C.电容器充电结束时所带电荷量随电容器

47、充电结束时两极间电压变化的关系图像应为一条过原点的倾斜直线 D.电容器充电结束时所带电荷量与滑动变阻器滑片的位置无关 解析:流过电流传感器P的充电电流和放电电流方向相反,选项A错误;图乙中的第段(充电阶段)电流曲线与横轴所围图形的面积表示电容器充电结束时所带的电荷量,选项 B 正确;由C=可知,电容器充电结束时所带电荷量随电容器充电结束时两极间电压变化的关系图像应为一条过原点的倾斜直线,选项 C 正确;电容器充电结束时所带电荷量与滑动变阻器滑片的位置有关,选项 D 错误。答案:BC 4.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验中,安装好如图所示的装置。向杯内加入冷水,温度计的示数为2

48、0,多用电表选择适当的倍率,读出热敏电阻的阻值R1。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 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。答案:D 5.下图是继电器的原理图,当在接线柱 2、3 间接入电源时,电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触,从而达到控制电路的目的。

49、接线柱 与接有电源的负温度系数的热敏电阻串接,接线柱 与外电路串接,即可在温度过高时切断外电路,实现对外电路的自动控制。解析:A为常闭触点,正常情况下与衔铁P相吸;B为常开触点,正常情况下与衔铁P分离,因此,1、5 与外电路相连,以便加热。当温度越来越高时,电磁铁将衔铁P吸下,以切断电路。所以,2、3 应与接有电源的热敏电阻相连。答案:2、3 1、5 6.一热敏电阻在温度为 80 时阻值很大,当温度达到 100 时阻值就很小。今用一电阻丝给水加热,并配以热敏电阻以保持水温在 80 到 100 之间,可将电阻丝与热敏电阻并联,一并放入水中,如图所示,图中 R1为热敏电阻,R2为电阻丝,请简述其工

50、作原理。解析:开始水温较低时,R1阻值较大,电阻丝R2对水进行加热;当水温达到 100 左右时,R1阻值变得很小,R2被短路,将停止加热;当温度降低到 80 时,R1阻值又变得很大,R2又开始加热。这样就可达到保温的效果。答案:见解析 7.在蜂鸣式温度报警器电路中,若将RT和R1两电阻位置互换,R1取适当阻值,如图所示,还能报警吗?为什么?解析:当温度降低时,热敏电阻RT阻值变大,斯密特触发器输入端出现高电平,Y 端出现低电平,蜂鸣器中有电流通过而发声。温度越高,RT越小,A 端为低电平,Y 端出现高电平,蜂鸣器中无电流通过而不发声。答案:能报警 报警器变成了低温报警器 第六章 传感器检测(A