2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第二册 第5章 章末素养提升（含解析）

章末素养提升物理观念传感器及其工作原理1.定义：将非电学量转换为电学量或控制电路的通断的元件2.敏感元件：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①热敏电阻和金属热电阻——温度传感器，将热学量转化为电学量,②光敏电阻——光传感器，将光学量转化为电学量,③电阻应变片——电子秤，将力学量转化为电学量))3.工作流程：非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量科学思维1.理解传感器的原理2.会运用传感器和简易自动控制装置解决实际问题科学探究1.会利用干簧管设计简单的自动控制电路——门窗防盗报警装置2.会利用光敏电阻设计简单的自动控制电路——光控开关科学态度与责任认识传感器对社会发展所起的重要作用；增强民族自豪感例1传感器被广泛应用于生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是()A．冰箱控温系统使用了温度传感器B．夜间自动打开的路灯使用了温度传感器C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器D．霍尔元件把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量答案A解析冰箱控温系统利用温度传感器来调节冰箱内的温度，A正确；夜间自动打开的路灯使用了光传感器，B错误；电脑所用的光电鼠标主要是采用了光电传感器，C错误；霍尔元件把磁场变化转换为电压信号，D错误。例2(多选)(2023·河北沧州一中月考)如图是智能称重地磅，使用方便快捷、计量精度高、反应速度灵敏、移动方便。这种地磅安装了应变式力传感器，下列关于应变式力传感器的说法正确的是()A．应变片都是由半导体材料制成的B．当应变片的上表面拉伸时，其上表面电阻变大C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大答案BD解析应变片不一定都是用半导体材料制成的，A错误；当应变片上表面拉伸时，其上表面电阻变大，B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也越大，C错误，D正确。例3(多选)如图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。关于这种传感器的工作原理，下列说法正确的是()A．这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是自感系数B．通过这种传感器线圈的电流是交流电C．软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件D．当物体1向右移动时，线圈的自感系数增大答案BC解析这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，A错误；当软铁芯插入或拔出线圈时，在线圈中产生的电流方向相反，则通过这种传感器线圈的电流是交流电，B正确；因软铁芯的移动导致线圈中产生感应电流，则软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件，C正确；当物体1向右移动时，软铁芯插入线圈的深度减小，则线圈的自感系数减小，D错误。例4(多选)(2023·昆明一中期末)教学楼过道灯是由声传感器和光传感器同时控制的，在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是()A．白天有光照时，光传感器自动闭合B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合D．无人走动或发出声音时，声传感器自动闭合答案BC解析天亮时光控开关自动断开，天黑时自动闭合，有人走动或发出声音，声控开关闭合；两个开关同时闭合，灯就会自动亮，故B、C正确。例5(2023·济南市阶段练习)如图甲所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻，其阻值随磁感应强度变化的图线如图乙所示。R1和R2为两个电阻箱，a、b两端接报警器，当电压增大到某一值时，会触发报警器报警。下列说法正确的是()A．当RB处的磁场增强时，电流表示数增大B．当RB处的磁场增强时，a、b两端的电压减小C．增大R2的阻值，更容易触发报警器报警D．增大R1的阻值，更容易触发报警器报警答案C解析当RB处的磁场增强时，由RB－B图像可知其阻值变大，则电路的总电阻增大，由I＝eq\f(E,R总)可知总电流变小，a、b两端的电压为Uab＝E－I(r＋R1)，则a、b两端的电压增大，故B错误；根据并联分流可知，电流表的电流为IA＝I－eq\f(Uab,R2)，总电流I变小，而eq\f(Uab,R2)变大，则电流表示数减小，故A错误；因Uab越大越容易触发报警器报警，而增大R2的阻值，总电阻增大，总电流变小，内阻r和R1的电压变小，可知a、b两端的电压变大，故更容易触发报警器报警，C正确；增大R1的阻值，总电阻增大，总电流变小，此时a、b两端的总电阻不变，则a、b两端的电压变小，要触发报警器报警更难，故D错误。例6(多选)(2023·济南市检测)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃时，下列说法中正确的是()A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮不会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起答案BD解析开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到题图所示状态，电路接通，电饭锅加热，感温磁体不会自动吸起永磁体，故A错误；如果在标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后温度为100℃，不会自动断电，只有当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温磁体失去了磁性，会自动断电，故B、D正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103℃时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，开关按钮会自动跳起，从而切断电源，故C错误。例7某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1＝3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻R的阻值随温度变化的图像。(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱______相连，指示灯的接线柱D应与接线柱________相连(均选填“A”或“B”)；(2)当环境温度升高时，热敏电阻阻值将______，继电器的磁性将________(均选填“增大”“减小”或“不变”)，当环境温度达到________℃时，警铃报警；(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是________。A．适当减小U1 B．适当增大U1C．适当减小U2 D．适当增大U2答案(1)BA(2)减小增大80(3)A解析(1)根据题意知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。(2)由题图乙知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，由闭合电路欧姆定律知电路中电流增大，则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50mA时，继电器的衔铁刚好被吸合，此时控制电路中总电阻最大值为R总＝eq\f(U1,I)＝eq\f(3,0.05)Ω＝60Ω，此时热敏电阻阻