2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（粤教版）第5章 传感器 分层作业22 传感器的应用 用传感器制作自动控制装置

分层作业22传感器的应用用传感器制作自动控制装置利用智能手机中的磁传感器研究磁现象A组必备知识基础练1.(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成,当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有()A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起2.某同学设计的散热排风控制电路如图所示,M为排风扇,R是可变电阻,R0是半导体热敏电阻,其阻值随温度升高而减小.初始时A点的电势为φ0,控制开关电路具有下列特性:当A点电势φA<φ0时,控制开关处于断路状态;当φA≥φ0时,控制开关接通电路,M开始运转.下列说法正确的是()A.环境温度升高时,A点电势升高B.可变电阻R阻值调大时,A点电势降低C.可变电阻R阻值调大时,排风扇开始工作的临界温度升高D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻,电路仍能正常工作3.(多选)如图所示,电源的电动势为E,内阻为r,R1、R2、R3为定值电阻,R4为光敏电阻(光敏电阻被光照射时阻值变小),C为电容器.闭合开关S,电路稳定后,用光照射R4,下列说法正确的是()A.电压表示数增大 B.电源的效率增大C.电容器所带电荷量增加 D.R2上消耗的功率增大4.通常情况下,电阻的阻值会随温度的变化而改变,利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计,从而用来测量较高的温度.如图所示,电流表量程为0~25mA,电源电动势为3V,内阻不计.R为滑动变阻器,电阻Rt作为温度计的测温传感器.当t≥0℃时,Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt=20+0.5t(单位为Ω),先把Rt放入0℃环境中,闭合开关S,调节滑动变阻器R,使电流表指针恰好满偏,然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中,发现电流表的示数为15mA,该环境的温度为℃;当把测温探头Rt放到460℃环境中,电路消耗的电功率为W.

5.一热敏电阻在温度80℃时阻值很大,当温度达到100℃时阻值就很小,今用一电阻丝给水加热,并配以热敏电阻以保持水温在80℃到100℃之间,可将电阻丝与热敏电阻并联,一并放入水中,如图所示,图中R1为热敏电阻,R2为电阻丝.请简述其工作原理.B组关键能力提升练6.(多选)压力敏感元件的阻值会随所受压力的增大而减小.一同学利用压力敏感元件设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压力敏感元件平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程中()A.物体处于失重状态B.物体处于超重状态C.升降机一定向上做匀加速运动D.升降机可能向下做匀减速运动7.车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的,为了防止万一,设计了如图所示的光电自动控制安全电路,只要人手不小心靠近了工件,机器就自动停转.图中的A为车床上的电动机;B为随电动机高速转动的工件;C为光源,它发出的光照在光敏电阻D上;E为电磁铁;F为衔铁;G为电源;H为弹簧.其工作原理是:当手在C、D间靠近工件时,遮挡住射向光敏电阻的光,光敏电阻的阻值(选填“增大”或“减小”),电路中的电流(选填“增大”或“减小”),使电磁铁磁性(选填“增强”或“减弱”)从而放开衔铁,造成电动机断路,使工件停转以保证安全.

8.某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像如图甲所示,图中R0表示该电阻在0℃时的电阻值,已知图线的斜率为k.用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R'串联起来,连接成如图乙所示的电路.用该电阻作测温探头,把电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.(1)根据图甲,温度为t(t>0℃)时电阻R的大小为.

(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系.请用E、R0、R'(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t=.

9.(2024广东广州高二期末)利用二氧化锡半导体型酒精传感器组装一个酒精测试仪,已知该传感器电阻随酒精气体浓度变化规律如图甲所示.现有器材:A.二氧化锡半导体型传感器RxB.直流电源(电动势为4V,内阻不计)C.电压表V(量程为0~3V,内阻非常大,作为浓度表使用)D.电阻箱R(最大阻值为999.9Ω)E.定值电阻R1(阻值为50Ω)F.定值电阻R2(阻值为10Ω)G.单刀双掷开关一个,导线若干(1)图乙是酒精测试仪电路图,电路中R应选用定值电阻(选填“R1”或“R2”).

(2)按照下列步骤调节此测试仪:①电路接通前,先将电阻箱调为40.0Ω,然后开关向(选填“c”或“d”)端闭合,将电压表此时指针对应的电压刻度标记为mg/mL;

②逐步减小电阻箱的阻值,电压表的示数不断变大,按照图甲数据将电压表上电压刻度线都标记为对应的“酒精气体浓度”;③将开关向另一端闭合,酒精测试仪即可正常使用.(3)将可正常使用的酒精测试仪靠近酒精瓶口,电压表如图丙所示,则定值电阻两端电压U=V,此时流过传感器Rx的电流Ix=A(结果保留3位有效数字).

10.某校科技活动小组制作的恒温箱电路示意图如图所示,电热丝是恒温箱的加热元件.图中的水银温度计为导电温度计,上面的金属丝A的高度可以调整,下面的金属丝B与温度计的水银接触,该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内.请根据此电路图说明恒温箱工作的原理.答案：1.ABD由于零线、火线中电流方向相反,产生的磁场方向相反,所以家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零,选项A正确;家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化,选项B正确,C错误;地面上的人接触火线发生触电时,线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化,产生感应电流,吸起K,切断家庭电路,选项D正确.2.A当环境温度升高时,半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小,则电路中的电流增大,所以A点的电势升高,故A正确.可变电阻R阻值调大时,导致电路的电流减小,则A点电势升高,故B错误.可变电阻R阻值调大时,导致电路的电流减小,则A点电势升高,当φA≥φ0时,控制开关接通电路,M开始运转.工作临界温度没变,而是提前被接通,故C错误.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻,当温度升高时,其阻值增大,导致A点电势降低,则开关会处于断开状态,所以起不到散热排风的作用,故D错误.3.CD有光照射时,光敏电阻的阻值减小,故总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可知,干路电流增大,由U=E-Ir可知路端电压减小,所以电压表示数减小,故A错误;电源的效率η=P出P总=EI-I2rEI=1-IrE,电流增大,则电源效率减小,故B错误;电容器的电压与R2两端的电压相等,因R4电阻变小,总电阻变小,总电流增大,路端电压变小,通过R1的电流减小,则通过R2的电流增大,所以电容器的电压增大,根据Q=CU可知,电容器所带电荷量一定增加,故C正确;通过R2的电流增大,根据P2=I4.答案1600.026解析当温度t=0℃时,Rt=20Ω,根据欧姆定律I=ERt+R=25mA,解得R=100Ω,当电流为15mA时,代入欧姆定律公式和阻值变化关系式可得温度为160℃;当把测温探头Rt放到460℃温度环境中,Rt'=250Ω,电路消耗的电功率为P=E2R+R5.答案见解析解析开始水温较低,R1阻值较大,电阻丝R2对水进行加热,当水温达到100℃左右时,R1阻值变得很小,R2将停止加热,当温度降至80℃时,R1变得很大,R2又开始加热,这样可达到控制水温的效果.6.BD电流表的示数变为2I0且保持不变,说明压力敏感元件的阻值比升降机静止时小,压力敏感元件所受压力变大,物体处于超重状态,即物体具有向上的加速度,B、D正确,A、C错误.7.答案增大减小减弱解析当手在C、D间靠近工件时,遮挡住光线,光敏电阻阻值增大,电路中的电流减小,使电磁铁的磁性减弱,从而放开衔铁,使电路自动断开.8.答案(1)R0+kt(2)1k[EI解析(1)图像的斜率为k,纵截距为R0,为一次函数,所以图像的表达式为R=R0+kt.(2)根据闭合回路欧姆定律可得E=I(R+R'+r),将R=R0+kt代入可得t=1k[EI-(R'+r+R0)9.答案(1)R2(2)①c0.1(3)1.200.120解析(1)根据图乙和闭合电路欧姆定律可得电压表读数为U=ERx+R·R,电压表量程为0~3V,有U≤3V,根据题图甲可知10Ω≤Rx≤70Ω,代入数值解得R≤30Ω,所以选择(2)本实验中利用变阻箱阻值和传感器电阻阻值进行等效替换,所以将电阻箱调为40.0Ω后,需将电阻箱接入电路,即开关向c端闭合;根据图甲可知,当Rx=40Ω时,对应的酒精气体浓度为0.1mg/mL.(3)最小分度值为0.1V,所