新教材2024-2025學(xué)年高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第3節(jié)大顯身手的傳感器分層作業(yè)魯科版選擇性必修第二冊

第3節(jié)大顯身手的傳感器A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.小強用恒溫箱進行試驗時,發(fā)覺恒溫箱的溫度持續(xù)上升,無法自動限制。經(jīng)檢查,恒溫箱的限制器沒有故障。參照圖如圖所示,下列對故障推斷正確的是()A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B.只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障C.熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障D.可能是加熱器出現(xiàn)故障2.機器人裝有作為眼睛的“傳感器”,如同大腦的“限制器”,以及可以行走的“執(zhí)行器”,在它遇到障礙物前會自動避讓并剛好轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機器人“眼睛”的說法正確的是()A.該機器人的“眼睛”利用了力傳感器B.該機器人的“眼睛”利用了視覺傳感器C.該機器人的“眼睛”利用了溫度傳感器D.該機器人的“眼睛”利用了聲音傳感器3.(多選)如圖所示為電熨斗的結(jié)構(gòu)圖,下列關(guān)于電熨斗的說法正確的是()A.電熨斗能自動限制溫度主要利用了雙金屬片,兩片金屬的膨脹系數(shù)相同B.常溫下,上、下觸點是接觸的,溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲使上、下觸點分別C.須要較高溫度熨燙時,要調(diào)整調(diào)溫旋鈕,使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移D.電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料4.如圖所示,圖甲為溫度在10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖,箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40kΩ,RT為熱敏電阻,它的電阻隨溫度改變的圖線如圖乙所示。當(dāng)a、b端電壓Uab<0時,電壓鑒別器會令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱,使箱內(nèi)溫度上升;當(dāng)Uab>0時,電壓鑒別器會令開關(guān)S斷開,停止加熱,恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在℃。

5.傳感器擔(dān)負著信息采集的任務(wù),在自動限制中發(fā)揮著重要作用,傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(通常是電學(xué)量),例如熱傳感器,主要是應(yīng)用半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻。某熱敏電阻RT阻值隨溫度改變的圖線如圖甲所示,圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡潔自動報警器線路圖。(1)為了使溫度過高時報警器鈴響,c應(yīng)接在(選填“a”或“b”)處。

(2)若要使啟動報警的溫度提高些,應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向(選填“左”或“右”)移動。

(3)假如在調(diào)試報警器達到最低報警溫度時,無論如何調(diào)整滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作,且電路連接完好,各電路元件都能處于工作狀態(tài),則造成工作電路不能工作的緣由可能是。

B級關(guān)鍵實力提升練6.酒精測試儀用于對機動車駕駛?cè)藛T是否酒后駕車及其他嚴禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測,它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器。酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的改變而改變,在如圖所示的電路中,不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系。假如二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器電阻r'的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是()A.U越大,表示c越大,c與U成正比B.U越大,表示c越大,但是c與U不成正比C.U越大,表示c越小,c與U成反比D.U越大,表示c越小,但是c與U不成反比7.如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖,在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲,以下說法正確的是()A.溫度上升至74℃時,L1亮燈報警B.溫度上升至74℃時,L2亮燈報警C.溫度上升至78℃時,L1亮燈報警D.溫度上升至78℃時,L2亮燈報警8.(多選)傳感器是一種采集信息的重要器件,一種測定壓力的電容式傳感器如圖所示,當(dāng)待測壓力F作用于可動膜片電極上時,可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的改變,將電容式傳感器、靈敏電流計和電源串接成如圖所示的閉合電路。那么下列說法正確的是()A.當(dāng)F向上壓膜片電極時,電容將減小B.若靈敏電流計有示數(shù),則壓力F發(fā)生了改變C.若靈敏電流計有向右的電流通過,則壓力F在增大D.若靈敏電流計有向右的電流通過,則壓力F在減小9.采納風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電,為路燈供應(yīng)電能,是現(xiàn)代城市“亮化”工程的方向。用光敏電阻作為傳感器限制路燈電路的開關(guān),實現(xiàn)自動限制。光敏電阻的阻值隨照耀光的強弱而改變,作為簡化模型,可以近似認為,照耀光較強(如白天)時電阻幾乎為0,照耀光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān),可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉、黑天打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當(dāng)勵磁線圈中電流大于50mA時,電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點分別,3、4斷開;當(dāng)勵磁線圈中電流小于50mA時,3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA。電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(1)利用以下器材設(shè)計一個自動限制路燈的電路,畫出電路原理圖。光敏電阻R1,符號燈泡L,額定功率40W,額定電壓36V,符號愛護電阻R2,符號電磁開關(guān),符號蓄電池E,電壓36V,內(nèi)阻很小;開關(guān)S,導(dǎo)線若干。(2)回答下列問題:①假如勵磁線圈的電阻為200Ω,勵磁線圈允許加的最大電壓為V,愛護電阻R2的阻值范圍為Ω。

②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合,為了平安,往往須要在電磁鐵吸合鐵片時,接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為?電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造?請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。③隨意舉出一個其他的電磁鐵應(yīng)用的例子。10.電飯鍋是應(yīng)用溫度傳感器工作的,它的敏感元件是感溫鐵氧體,由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒制而成,其特點是常溫下具有磁性,能夠被磁鐵吸引,溫度達到103℃,失去磁性,這個溫度叫居里溫度,又稱居里點。電飯鍋的自動限制結(jié)構(gòu)如圖所示,依據(jù)以上信息回答:(1)起先煮飯時為什么要壓下開關(guān)按鈕?手松開這個按鈕是否會復(fù)原到圖示的狀態(tài)?為什么?(2)煮飯時水沸騰后鍋內(nèi)是否會大致保持肯定的溫度?(3)飯熟后,水分被大米汲取,鍋底的溫度會有什么改變?這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作?(4)假如用電飯鍋燒水,能否在水沸騰后自動斷電?

第3節(jié)大顯身手的傳感器1.C由恒溫箱原理圖可知,無論熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定出現(xiàn)故障,都會向限制器傳遞錯誤信息,導(dǎo)致限制器發(fā)出錯誤指令,C正確,A、B錯誤;若加熱器出現(xiàn)故障,只有一種可能,即不能加熱,而題中加熱器始終加熱才會使溫度持續(xù)上升,D錯誤。2.B遇到障礙物會繞開,說明該機器人“眼睛”利用了視覺傳感器,故選項B正確,A、C、D錯誤。3.BC電熨斗主要是利用雙金屬片的膨脹系數(shù)不同而自動限制溫度的,選項A錯誤;常溫下,上、下觸點是接觸的,溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲使上、下觸點分別,選項B正確;須要較高溫度熨燙時,要調(diào)整調(diào)溫旋鈕,使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移,選項C正確;電熨斗中的雙金屬片是金屬材料,選項D錯誤。4.解析設(shè)電路的路端電壓為U,當(dāng)Uab=0時,是電熱絲加熱的臨界狀態(tài)。此時UR1+R2R1=UR3+RTR3,解得RT答案355.解析(1)熱敏電阻RT在溫度上升時阻值變小,電路中電流變大,電磁鐵磁性增加,把右側(cè)銜鐵吸引過來,與a接觸,故c應(yīng)接在a處。(2)為使啟動報警的溫度提高,則報警時熱敏電阻RT阻值應(yīng)更小,滑動變阻器的阻值應(yīng)調(diào)大,即滑片應(yīng)左移。(3)工作電路不能工作的緣由可能是報警電路不能接通導(dǎo)致的。答案(1)a(2)左(3)電源供應(yīng)電壓太小,導(dǎo)致電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度系數(shù)太大6.B傳感器電阻r'的倒數(shù)與濃度c是正比關(guān)系,即1r'=kc。電路中的電流為I=Er'+R7.D當(dāng)溫度低于78℃時,線圈中沒有電流,此時燈L1亮;當(dāng)溫度上升到78℃時,線圈中有電流,磁鐵吸引銜鐵,燈L2被接通,所以燈L2亮且報警,溫度上升至74℃時,線圈中沒有電流,只是燈L1亮,不會報警。故D正確。8.BC當(dāng)F向上壓膜片電極時,兩電極之間的距離變小,使得電容變大,選項A錯誤;當(dāng)靈敏電流計有示數(shù)時,說明電容式傳感器正在進行充放電,而電容式傳感器始終與電源相連,即電壓不變,所以說明其電容在發(fā)生改變,肯定是壓力F發(fā)生了改變,選項B正確;由于電容式傳感器固定電極接在電源的正極,靈敏電流計有向右的電流通過,則說明電流流向電容式傳感器的固定電極,所以電容在變大,即間距在減小,力F在變大,選項C正確,D錯誤。9.解析(2)①Um=ImR=100×10-3×200V=20V,E=I(R2+R),其中50mA<I≤100mA,故R2在160~520Ω之間。答案(1)(2)①20160~520②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時,3、4之間接通;不吸合時,3、4之間斷開。③電磁起重機10.解析(1)煮飯時壓下開關(guān)按鈕,感溫鐵氧體與永磁體相吸結(jié)合在一起,觸點相接,電路接