2023-2023學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理教科版選修3-2練習(xí)：第三章 第1.2節(jié) 傳感器 溫度傳感器和光傳感器

第頁第三章傳感器第1節(jié)傳感器第2節(jié)溫度傳感器和光電式傳感器1．傳感器通常是把被測的______信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的________的輸出器件或裝置．2．傳感器有一定的結(jié)構(gòu)，一般由______元件和__________組成．3．溫度傳感器中使用感溫的敏感元件有__________、____________和__________等．4．光電式傳感器是測量________的傳感器，它利用了有些金屬或半導(dǎo)體材料，在電路中受到光照時，可以產(chǎn)生________的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)________向電信號的轉(zhuǎn)化．5．關(guān)于干簧管，以下說法正確的選項是()A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C．干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用D．干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動控制的6．如圖1所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的選項是(設(shè)水對電阻阻值的影響不計)()圖1A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)，讀數(shù)變化非常明顯D．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)，讀數(shù)變化不明顯【概念規(guī)律練】知識點(diǎn)一電容式話筒的原理1．電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖2所示．Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電流充電．當(dāng)聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流．當(dāng)膜片向右運(yùn)動的過程中，有()圖2A．電容變大B．電容變小C．導(dǎo)線AB中有向左的電流D．導(dǎo)線AB中有向右的電流2．如圖3中電容式話筒右側(cè)固定不動的金屬板B，與能在聲波驅(qū)動下沿聲源水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個電容器，a、B分別通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接．聲源S做位移為x＝Asin2000πt的振動，那么有()圖3A．a(chǎn)振動過程中a、B板之間的電場強(qiáng)度不變B．導(dǎo)線中的電流的頻率為2000HzC．導(dǎo)線中的電流的頻率為1000HzD．a(chǎn)向右位移最大時，a、B板形成的電容最大知識點(diǎn)二熱敏電阻和金屬熱電阻3．如圖4所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時()圖4A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強(qiáng)D．小燈泡的亮度變?nèi)鯃D54．如圖5所示為電阻R隨溫度T變化的圖線，以下說法中正確的選項是()A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C．圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D．圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高知識點(diǎn)三光電式傳感器5．如圖6所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理．圖66．圖7為光電式轉(zhuǎn)速表原理圖，請說明其工作原理．圖7【方法技巧練】傳感器電路的分析技巧7．如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時()圖8A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大8．如圖9所示是一火警報警裝置的局部電路示意圖，其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、B接報警器．當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，電流表的電流I和a、B兩端兩壓U與出現(xiàn)火情前相比()圖9A．I變大，U變大B．I變小，U變小C．I變小，U變大D．I變大，U變小1．關(guān)于傳感器，以下說法正確的選項是()A．光敏電阻和熱敏電阻都是由半導(dǎo)體材料制成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過感知電阻的變化來傳遞信號的D．以上說法都不正確2．光敏電阻能將光信號轉(zhuǎn)化為電信號是因?yàn)?)A．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也發(fā)生變化B．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的體積也發(fā)生變化C．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的長度也發(fā)生變化D．光照照度發(fā)生變化時，光敏電阻的橫截面積也發(fā)生變化圖103．如圖10所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開關(guān)S閉合后，在沒有光照射時，a、B兩點(diǎn)等電勢．當(dāng)用光照射電阻R3時，那么()A．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)電勢B．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢低于B點(diǎn)電勢C．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢高于B點(diǎn)電勢D．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢低于B點(diǎn)電勢4．在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制．如圖11所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時()圖11A．電容器C的帶電荷量增大B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場強(qiáng)度減小D．R1消耗的功率增大5．如圖12所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，那么引起小燈泡變暗的原因可能是()圖12A．溫度不變，光照增強(qiáng)B．溫度升高，光照不變C．溫度降低，光照增強(qiáng)D．溫度升高，光照減弱6．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖13所示裝置，向杯內(nèi)參加冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵剩x出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)參加熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，那么以下說法正確的選項是(圖13A．應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測量B．應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測量C．應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋D．應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋7．傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件．如圖14所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，以下說法正確的選項是()圖14A．甲圖中兩極板帶電荷量不變，假設(shè)電壓變小，可判斷出h變小B．乙圖中兩極板帶電荷量不變，假設(shè)電壓變大，可判斷出θ變大C．丙圖中兩極間的電壓不變，假設(shè)有電流流向傳感器的負(fù)極，那么x變小D．丁圖中兩極間的電壓不變，假設(shè)有電流流向傳感器的正極，那么F變大8．如圖15所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)()圖15A．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動D．向左偏到某一刻度后不動9．傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件．如圖16所示為一種電容式傳感器，電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號．電路中a、B構(gòu)成一個電容器，B是固定不動的金屬板，a是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜．假設(shè)聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動，那么a在振動過程中()圖16A．a(chǎn)、B板之間的電場強(qiáng)度不變B．a(chǎn)、B板所帶的電荷量不變C．電路中始終有方向不變的電流D．向右位移最大時，電容器的電容量最大10．有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?)A．改變濕度B．改變溫度C．改變磁場D．改變電容題號12345678910答案圖1711．如圖17所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RG的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央．假設(shè)用不透光的黑紙將RG包裹起來，表針將向________(填“左〞或“右〞)轉(zhuǎn)動；假設(shè)用手電筒的光照射RG，表針將向________(填“左〞或“右〞)轉(zhuǎn)動．12．按圖18所示連接好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是____________________；用電吹風(fēng)對熱敏電阻吹一會兒，會發(fā)現(xiàn)小燈泡________，原因是________________________；把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn)__________．圖1813．如圖19所示為一實(shí)驗(yàn)小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪．車輪轉(zhuǎn)動時，A發(fā)出的光速通過旋轉(zhuǎn)齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉(zhuǎn)換成電信號，由電子電路記錄和顯示．假設(shè)實(shí)驗(yàn)顯示單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，那么要測出小車的速度和行程還必須測量的物理數(shù)據(jù)是________；小車速度的表達(dá)式為v＝________；行程的表達(dá)式為s＝________.圖1914．如圖20所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的根本工作原理是什么？圖20第三章傳感器第1節(jié)傳感器第2節(jié)溫度傳感器和光電式傳感器答案課前預(yù)習(xí)練1．非電電信息2．敏感處理電路3．熱電偶熱雙金屬片熱敏電阻4．光信號電流或電壓光信號5．CD[干簧管能感知磁場，是因?yàn)楫?dāng)兩個簧片所處位置的磁場方向相同時，就會吸引，所以是做開關(guān)來使用，當(dāng)磁場靠近或遠(yuǎn)離的時候，就會實(shí)現(xiàn)閉合或斷開．]6．C[金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大，但靈敏度較差．而熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)靈敏度高，所以選C.]課堂探究練1．AC[由電容器的電容公式C＝eq\f(εS,4πkd)可知，當(dāng)膜片向右運(yùn)動時，相當(dāng)于電容器兩極間的距離變小，電容變大，電源對電容器充電，電流的方向由電源的正極流向負(fù)極，故導(dǎo)線AB中有向左的電流．]2．CD[a振動過程中，a、b間距變化，由平行板電容器公式可知電容C變化，且a向右位移最大時，a、b板電容最大，那么A錯，D對；振動過程中，電容器不斷地充放電，導(dǎo)線中電流頻率與a的振動頻率一致，C正確，B錯．]點(diǎn)評電容式話筒的薄金屬膜和固定電極形成一個電容器，被充電后，聲波使膜振動，電容變化，形成變化的電流．3．C[R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)熱敏電阻溫度降低時，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項均錯．]點(diǎn)評熱敏電阻溫度升高，電阻減小；溫度降低，電阻增大．4．BD[熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，電阻隨溫度升高而減小，且靈敏度高，金屬熱電阻隨溫度升高電阻增大，靈敏度不高，但測溫范圍大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定．故B、D正確．]點(diǎn)評1.熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值隨溫度的變化方向是相反的．熱敏電阻溫度升高，電阻減小，金屬熱電阻溫度升高，電阻增大．2．熱敏電阻隨溫度變化明顯．金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大．5．見解析解析光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強(qiáng)度相等的光線．一路光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7上，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號．另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6上，其中一局部光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路6的光就越弱．兩路光線分別轉(zhuǎn)換成電壓信號U1、U2，如果U1＝U2，說明被測的光路上沒有煙塵，相反，如果U1、U2相差較大，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度．點(diǎn)評光通過半透半反鏡3被分成兩束相等的光線，經(jīng)過7的光強(qiáng)不再發(fā)生變化，經(jīng)過6的光強(qiáng)由于受到煙塵的作用被衰減，這兩束光就出現(xiàn)了差異由此來檢測煙塵的濃度．6．見解析解析光源1發(fā)出的光線經(jīng)透鏡2會聚成平行光束照到被測旋轉(zhuǎn)物3上，光線被事先粘貼在旋轉(zhuǎn)物體上的反光紙4反射回來，經(jīng)透鏡5聚焦落在光敏二極管6上，它產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電脈沖信號，轉(zhuǎn)速快慢不同，接收的脈沖信號數(shù)量多少不同，經(jīng)信號處理電路處理后，由顯示器10顯示出每分鐘或每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)即轉(zhuǎn)速．點(diǎn)評測速原理為：旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為反光紙單位時間反光的次數(shù)，經(jīng)光敏二極管后又轉(zhuǎn)化為電脈沖信號單位時間內(nèi)的數(shù)量，再經(jīng)處理后顯示出轉(zhuǎn)速．7．ABC解析當(dāng)光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，那么R2中電流減小，故B項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，那么小燈泡的功率增大，C項正確．8．D[當(dāng)傳感器R2出現(xiàn)火情時，溫度升高，電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I增大，路端電壓Uab＝E－Ir減小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)減小，通過R3的電流I3減小，通過R2的電流I2＝I－I3增大，D對．]方法總結(jié)電路中涉及熱敏電阻、光敏電阻或金屬熱電阻等元件時，熟記各種元件的特性，然后依據(jù)動態(tài)電路問題的分析思路，由局部到整體再到局部的順序進(jìn)行分析．課后穩(wěn)固練1．AB2．A[光敏電阻的特性是光照強(qiáng)度變化時，電阻率發(fā)生明顯變化，而長度、體積、橫截面積等根本不變，故光敏電阻阻值大小會發(fā)生變化，A正確．]3．A[R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時電阻變小，R3兩端電壓降減小，故a點(diǎn)電勢將升高，因其它阻值不變，所以a點(diǎn)電勢將高于b點(diǎn)電勢．]4．AB[降溫，那么R2↑，I總↓，所以RR2＝E－(r＋R1)I總↑那么UC＝UR2↑，Q＝CUC↑，A項正確．I總↓，那么U外＝E－I總r↑，○V↑，B項正確．I總↓，P1＝Ieq\o\al(2,總)R1↓，D項錯誤．C板間E＝eq\f(UC,d)↑，故C項錯誤．]5．AC[由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，結(jié)合光敏電阻特性可知，A正確，B錯誤．假設(shè)光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L變暗，C正確．假設(shè)熱敏電阻減小，光敏電阻增大，那么小燈泡變亮．D錯誤．]6．D[多用電表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源，故不能用電流擋，A、B均錯．當(dāng)溫度升高時多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明熱敏電阻的阻值變小了，應(yīng)該換用倍率小的擋，C錯誤，D正確．]7．BD[A選項假設(shè)Q不變，由C＝eq\f(Q,U)知U變小，C變大，可知h變大，A錯；B選項假設(shè)Q不變，由C＝eq\f(Q,U)知U變大，C變小，可知θ變大，B對；C中假設(shè)U不變，電流流向負(fù)極表示正在放電，Q減小，可知C減小，x變大，C錯；D中假設(shè)U不變，電流流向正極表示在充電，Q增加，可知C增大，d減小，F(xiàn)增大，D對．]8．A[壓力F作用時，極板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)，電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流計中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏，極板保持固定后，充電結(jié)束，指針回到零刻度．]9．D[a、b始終跟電源相連，電勢差U不變，由于a、b間距離變化，由E＝eq\f(U,d)知場強(qiáng)變化，A錯誤；由C＝eq\f(εrS,4πkd)知d變化時C變化，a向右位移最大時，電容最大，D正確；由Q＝CU知a、b所帶電荷量變化，電路中電流方向改變，B、C錯誤．]10．D[根據(jù)自動干手機(jī)工作的特征，手靠近干