新課標2025版高中物理第六章傳感器課時作業(yè)13含解析選修3-2

PAGE6-課時作業(yè)(十三)一、單項選擇題1．下列器件是應(yīng)用力傳感器的是()A．鼠標器 B．火災報警器C．測溫儀 D．電子秤解析鼠標器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災報警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D項正確．答案D2.如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱．電磁繼電器與傳感器協(xié)作，可完成自動限制的要求，其工作方式是()A．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)解析由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號電壓變更使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開，進而起到限制作用，故正確答案為A項．答案A3．如圖所示，甲為在溫度為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，它的電阻隨溫度變更的圖線如圖乙所示，a、b端電壓Uab≤0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接觸，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度上升；當a、b端電壓Uab>0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在()A．10℃ B．20℃C．35℃ D．45℃解析由題可知Uab＝0是一個電壓的臨界點，對應(yīng)著開關(guān)S的動作，而開關(guān)的動作對應(yīng)著溫度的上升或下降．由電路圖可知，在R1、R2、R3給定的條件下，熱敏電阻RT的阻值確定了Uab的正負．設(shè)電源負極的電勢為零，則φa＝eq\f(R2,R1＋R2)U，φb＝eq\f(RT,R3＋RT)U，其中U為電源的路端電壓，令φa＝φb，即Uab＝0，則可得eq\f(R2,R1)＝eq\f(RT,R3)，代入數(shù)據(jù)得RT＝20kΩ，查表得對應(yīng)的溫度為35℃，故本題C項正確．答案C4．如圖是磁流體發(fā)電機示意圖．平行金屬板a、b之間有一個很強的勻強磁場，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子)垂直于磁場的方向噴入磁場，a、b兩板間便產(chǎn)生電壓．假如把a、b板與用電器相連接，a、b板就是等效直流電源的兩個電極．若磁場的磁感應(yīng)強度為B，每個離子的電荷量大小為q、速度為v，a、b兩板間距為d，兩板間磁流體的等效電阻為r，用電器電阻為R.穩(wěn)定時，下列推斷正確的是()A．圖中a板是電源的正極 B．電源的電動勢為eq\f(Bvq,R＋r)C．用電器中電流為eq\f(Bvq,R＋r) D．a(chǎn)、b板間電壓為eq\f(R,R＋r)Bvd解析依據(jù)左手定則，正電荷受到的洛倫茲力方向向下，負電荷受到的洛倫茲力向上，因此下極板為電源的正極，即b板為電源的正極，故A項錯誤；依據(jù)平衡有：qvB＝qeq\f(E,d)，解得電源的電動勢E＝Bdv，運動的電離氣體，受到磁場的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動勢，相當于電源，其內(nèi)阻為r，依據(jù)閉合電路歐姆定律，電路中的電流為I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(Bdv,R＋r)，那么用電器R的電壓U＝IR＝eq\f(R,R＋r)Bvd，故B、C兩項錯誤，D項正確．答案D5．辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開或關(guān)，利用的傳感器是()A．生物傳感器 B．紅外傳感器C．溫度傳感器 D．壓力傳感器解析自動門的自動限制要求靈敏、牢靠，若以溫度限制，人的體溫與夏季氣溫接近，在夏季自動門可能做出錯誤動作．自動門實際運用的是紅外線傳感器，紅外線屬于不行見光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動限制裝置的電動機，實現(xiàn)自動開門，故B項正確．答案B6．對于常見的可燃氣體濃度的檢測，現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測器．它的原理如下：傳感器的核心為一惠斯通電橋，其中一橋臂上有催化劑，當與可燃氣體接觸時，可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發(fā)生明顯變更，其余橋臂的電阻不變更，從而引起整個電路的輸動身生變更，而該變更與可燃氣體的濃度成比例，從而實現(xiàn)對可燃氣體的檢測．由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為()A．銅 B．合金C．半導體 D．絕緣體解析可燃氣體燃燒后電阻發(fā)生變更的緣由，是由于溫度上升造成的，所以此電阻應(yīng)屬于熱敏電阻，而能夠隨溫度變更其電阻有較明顯變更的材料只可能是選項中的半導體材料，故選C項．答案C7.慣性制導系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計．加速度計構(gòu)造原理的示意圖如圖所示，沿導彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過限制系統(tǒng)進行制導．設(shè)某段時間內(nèi)導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為s，則這段時間內(nèi)導彈的加速度()A．方向向左，大小為eq\f(ks,m) B．方向向右，大小為eq\f(ks,m)C．方向向左，大小為eq\f(2ks,m) D．方向向右，大小為eq\f(2ks,m)解析當指針向左偏離O點的距離為s時，與滑塊相連的左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，因而彈簧對滑塊的彈力的大小均為ks，且方向均水平向右，即滑塊受到的合力大小為2ks，方向水平向右．由牛頓其次定律可知D項正確．答案D8．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變更的特別性來工作的．如圖甲所示，電源的電動勢E＝9V，內(nèi)阻不計；G為靈敏電流表，內(nèi)阻保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變更關(guān)系如圖乙所示．閉合開關(guān)S，當R的溫度等于20℃時，電流表示數(shù)I1＝2mA.當電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時，熱敏電阻的溫度是()A．60℃ B．80℃C．100℃ D．120℃解析在20℃時，E＝(RG＋R1)I1，即RG＝500Ω，當I2＝3.6mA時，E＝(RG＋R2)I2，即9V＝(500＋R2)×3.6×10－3V，所以R2＝2000Ω.從題圖乙中可以看出t＝120℃，故選D項．答案D二、不定項選擇題9．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)整溫度旋鈕，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體材料解析常溫下，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；須要較高溫度熨燙時，要調(diào)整溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移．答案BC10．關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是()A．應(yīng)變片是由導體材料制成B．當應(yīng)變片的表面拉伸時，其電阻變大；反之，變小C．傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D．外力越大，輸出的電壓差值也越大解析應(yīng)變片多用半導體材料制成，故A項錯誤；傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也就越大，故C項錯誤，B、D兩項正確．答案BD三、計算及論述題11.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變更的關(guān)系如圖中實線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等狀況不同，電熨斗的散熱功率不同，因而電熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)波動，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特別材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動限制溫度的特點．PTC材料的電阻隨溫度變更的關(guān)系如圖中實線②所示．依據(jù)圖線分析：(1)為什么原處于冷態(tài)的PTC電熨斗剛通電時比一般電熨斗升溫快？(2)通電一段時間后電熨斗溫度t自動地穩(wěn)定在什么范圍之內(nèi)？解析(1)由圖可知溫度較低時PTC材料的電阻較小，依據(jù)P＝eq\f(U2,R)可知，處于冷態(tài)時PTC電熨斗的發(fā)熱功率較大，所以升溫快．(2)由圖可知，當溫度達到T6時PTC的電阻顯著增大，到T7時達到最大，此時發(fā)熱功率減小，所以溫度t會自動地穩(wěn)定在T6<t<T7的范圍內(nèi)．答案見解析12．如圖所示為檢測某傳感器的電路圖．傳感器上標有“3V，0.9W”的字樣(傳感器可看做一個純電阻)，滑動變阻器R0上標有“10Ω，1A”的字樣，電流表的量程為0.6A，電壓表的量程為3V．求：(1)傳感器的電阻和額定電流．(2)為了確保電路各部分的平安，在a、b之間所加的電源電壓最大值是多少？(3)假如傳感器的電阻變更超過標準值1Ω，則該傳感器就失去作用．實際檢測時，將一個恒壓電源加在圖中a、b之間，閉合開關(guān)S，通過調(diào)整R0來變更電路中的電流和R0兩端的電壓．檢測記錄如下：電壓表示數(shù)U/V電流表示數(shù)I/A第一次1.480.16其次次0.910.22若不計檢測電路對傳感器電阻的影響，你認為這個傳感器是否仍可運用？此時a、b間所加的電壓是多少？解析(1)R傳＝eq\f(U傳2,P傳)＝eq\f(32,0.9)Ω＝10Ω，I傳＝eq\f(P傳,U傳)＝eq\f(0.9,3)A＝0.3A.(2)最大電流I＝I傳＝0.3A，電源電壓最大值Um＝U傳＋U0，U傳為傳感器的額定電壓，U0為R0m＝10Ω時R0兩端的電壓，即U0＝I傳·R0m＝0.3×10V＝3V，Um＝U傳＋U0＝3V＋3V＝6V.(3)設(shè)實際檢測時加在a、b間的電壓為U，傳感器的實際電阻為R′傳，依據(jù)第一次試驗記錄數(shù)據(jù)有U＝I1R′傳＋U1依據(jù)其次次試驗記錄數(shù)據(jù)有U＝I2R′傳＋U2代入數(shù)據(jù)，解得R′傳＝9.5Ω，U＝3V傳感器的電阻變更為ΔR＝R傳－R′傳＝10Ω－9.5Ω＝0.5Ω<1Ω，所以此傳感器仍可運用．答案(1)10Ω0.3A(2)6V(3)此傳感器仍可運用3V13．如圖所示，圖a為半導體材料做成的熱敏電阻的電阻值隨溫度變更的曲線，而圖b則是用這個熱敏電阻和繼電器做成的溫控電路．設(shè)電磁鐵線圈的電阻為50Ω，線圈中的電流大于或等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸合，已知左側(cè)電源的電動勢為6V，電源的內(nèi)電阻不計，則繼電器中吸合銜鐵的部件是________，要使右則電路中的小燈泡發(fā)光，溫度的范圍應(yīng)是________．解析當溫度上升時，電阻R的阻值減小，電路中的電流增大，電磁鐵的磁性增加，將銜鐵吸下，燈泡發(fā)光．