18学高中物理课时跟踪检测(十一)传感器温传感器和光传感器教科版选修3-2.doc
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课时跟踪检测(十一)传感器温度传感器和光传感器
1.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
解析:
选C 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,故A错误。
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既有声音传感器,又有光传感器,故B错误。
光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化,故C正确。
电子秤中所使用的测力装置是压力传感器,故D错误。
2.下列应用了温度传感器的是( )
A.商场里的自动玻璃门
B.夜间自动打开的路灯
C.自动恒温冰箱
D.楼梯口在夜间有声音时就亮的灯
解析:
选C 商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器,A错误;夜间自动打开的路灯是利用了光传感器,B错误;自动恒温冰箱是利用了温度传感器,C正确;夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器,D错误。
3.如图1所示,在电路中接一段钨丝,闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器,下面的说法中不正确的是( )
图1
A.该传感器利用了钨丝的物理性质
B.该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C.该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D.该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
解析:
选D 由题目中的实验现象可知,钨丝的电阻随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,利用该特性可以制成温度传感器,传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。
故A、B、C正确,D错误。
4.(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强阻值越大,为探测磁场的有无,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图2所示电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光,若探测装置从无磁场区域进入强磁场区,则( )
图2
A.电灯L变亮 B.电灯L变暗
C.电流表示数减小 D.电流表示数增大
解析:
选AC 探测装置从无磁场区进入强磁场区时,电阻变大,则电路的总电阻变大,根据I=可知总电流变小,所以电流表的示数减小,根据U=E-Ir,可知I减小,U增大,所以灯泡两端的电压增大,所以电灯L变亮,故A、C正确。
5.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,如图3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上时,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接成闭合电路,那么( )
图3
A.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:
选BC 当F向上压膜片电极时,板间距离减小,由电容的决定式C=得到,电容器的电容将增大,故A错误,B正确。
当F变化时,电容变化,而板间电压不变,由Q=CU,故带电荷量Q发生变化,电容器将发生充、放电现象,回路中有电流,电流计有示数。
反之,电流计有示数时,压力F必发生变化。
故C正确,D错误。
6.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。
在图4甲中,电源的电动势E=9.0V,内电阻可忽略不计;G为灵敏电流表,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值R随温度t的变化关系如图乙的Rt图线所示。
闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表的示数I1=2mA,当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻R的温度是( )
图4
A.60℃ B.120℃
C.100℃ D.240℃
解析:
选B 由图乙查得,当温度等于20℃时,R的阻值为R1=4kΩ。
当电流表示数为I1=2mA时,E=I1(Rg+R1),
当电流表示数为I2=3.6mA时,设热敏电阻R的阻值为R2,则E=I2(Rg+R2),
解得Rg=0.5kΩ,R2=2kΩ。
由图乙查得,当R的阻值为R2=2kΩ时,温度等于120℃。
故B对。
7.如图5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。
若声源S做简谐运动,则( )
图5
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板间所带电荷量不变
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:
选D 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=,C=可判断A错、D对。
再由Q=CU可知,B错。
由于Q变化,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。
8.(多选)如图6所示,Rt为热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,V为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是( )
图6
A.热敏电阻温度升高,其他条件不变
B.热敏电阻温度降低,其他条件不变
C.光照减弱,其他条件不变
D.光照增强,其他条件不变
解析:
选AC 热敏电阻温度升高,其阻值减小,外电路的总电阻减小,总电流增大,路端电压减小,则通过光敏电阻的电流减小,则通过R3的电流增大,电压表的示数增大,A正确;热敏电阻温度降低时,其阻值增大,外电路总电阻增大,总电流减小,路端电压随之增大,通过光敏电阻的电流增大,所以通过热敏电阻的电流减小,电压表的示数减小,B错误;光照减弱,光敏电阻的阻值增大,外电路总电阻增大,路端电压增大,则电压表的示数增大,C正确;光照增强,光敏电阻的阻值减小,外电路总电阻减小,路端电压减小,则电压表的示数减小,D错误。
9.(多选)霍尔式位移传感器的测量原理如图7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),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( )
图7
A.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.图中霍尔元件的上板电势可能比下板电势高
D.电流越大,上、下表面的电势差U越小
解析:
选ABC 电流强度不变就是电荷定向运动的速度v保持不变,最后导体内部的带电粒子受到的电场力与洛伦兹力相等,即Bqv=Eq,最终上下两板间的电势差U=Ed=Bdv,因此B越大,上、下表面的电势差U越大,A正确;电流大,表示电荷运动的速度越大,U也越大,D错误;而传感器灵敏度=kdv,因此k越大,传感器灵敏度越高,B正确;当导电的电荷为正电荷时,根据左手定则,可知下极板电势高,当导电的电荷为负电荷时,可知下极板电势低,C正确。
10.(多选)有一种测量人体重的电子秤,其原理如图8虚线内所示,它主要由三部分构成:
踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。
设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3A,电源电动势为12V,内阻为2Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。
下列说法正确的是( )
图8
A.该秤能测量的最大体重是1400N
B.该秤能测量的最大体重是1300N
C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处
D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400A处
解析:
选AC 因为理想电流表的量程为3A,所以电路中允许的最大电流为3A,因此根据闭合电路欧姆定律,压力传感器的最小电阻应满足R+2=,R最小为2Ω,代入R=30-0.02F,求出最大F=1400N,A正确,B错误;当F=0时,R=30Ω,这时电路中的电流I=A=0.375A,C正确,D错误。
11.某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。
现用直流恒流电源(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、开关和导线连成如图9所示的实物图。
图9
(1)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重复第②步操作若干次,测得多组数据。
(2)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得图10所示的Rt关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的Rt关系式:
R=________+________t(Ω)(保留3位有效数字)。
图10
解析:
(1)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需要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,故需要记录的数据是温度计的示数和电压表的示数。
(2)设热敏电阻R=R0+kt,k==0.400。
由图乙知,温度为10℃时,热敏电阻R=104Ω,则R0=R-kt=(104-0.400×10)Ω=100Ω,所以R=100+0.400t(Ω)。
答案:
(1)记录温度计的示数 记录电压表的示数
(2)100 0.400
12.在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置,如图11所示,在轮子的边缘贴上一个小磁体,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(即DIS实验器材)。
如果小线圈的面积为S,匝数为N,小磁体附近的磁感应强度的最大值为B,小线圈所在回路的总电阻为R,实验发现,轮子转过θ角,小线圈的磁通量由最大值变为零。
因此,他认为只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以测出转轮转速的大小。
请你运用所学的知识,通过计算对该同学的结论进行评价。
图11
解析:
该同学的结论正确。
设转轮的角速度和转速分别为ω、n,轮子转过θ角所需时间为Δt,通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ,线圈中产生的感应电动势的平均值为E。
根据法拉第电磁感应定律有E=N=N,由闭合电路欧姆定律得感应电流的平均值I=
又Δt=,n=
联立以上各式可得n=,由此可见,该同学的结论是正确的。
答案:
见解析
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