新教材2024-2025学年高中物理第5章传感器及其应用第3节大显身手的传感器分层作业鲁科版选择性必修第二册

第3节大显身手的传感器A级必备学问基础练1.小强用恒温箱进行试验时,发觉恒温箱的温度持续上升,无法自动限制。经检查,恒温箱的限制器没有故障。参照图如图所示,下列对故障推断正确的是()A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障2.机器人装有作为眼睛的“传感器”,如同大脑的“限制器”,以及可以行走的“执行器”,在它遇到障碍物前会自动避让并刚好转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是()A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器B.该机器人的“眼睛”利用了视觉传感器C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器3.(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是()A.电熨斗能自动限制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同B.常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分别C.须要较高温度熨烫时,要调整调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料4.如图所示,图甲为温度在10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度改变的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度上升;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在℃。

5.传感器担负着信息采集的任务,在自动限制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用半导体材料制成的热敏电阻。某热敏电阻RT阻值随温度改变的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简洁自动报警器线路图。(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在(选填“a”或“b”)处。

(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)移动。

(3)假如在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调整滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能工作的缘由可能是。

B级关键实力提升练6.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的改变而改变,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。假如二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是()A.U越大,表示c越大,c与U成正比B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比C.U越大,表示c越小,c与U成反比D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比7.如图所示为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是()A.温度上升至74℃时,L1亮灯报警B.温度上升至74℃时,L2亮灯报警C.温度上升至78℃时,L1亮灯报警D.温度上升至78℃时,L2亮灯报警8.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,一种测定压力的电容式传感器如图所示,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的改变,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭合电路。那么下列说法正确的是()A.当F向上压膜片电极时,电容将减小B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了改变C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小9.采纳风力发电给蓄电池充电,为路灯供应电能,是现代城市“亮化”工程的方向。用光敏电阻作为传感器限制路灯电路的开关,实现自动限制。光敏电阻的阻值随照耀光的强弱而改变,作为简化模型,可以近似认为,照耀光较强(如白天)时电阻几乎为0,照耀光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分别,3、4断开;当励磁线圈中电流小于50mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA。电磁开关内部结构图(1)利用以下器材设计一个自动限制路灯的电路,画出电路原理图。光敏电阻R1,符号灯泡L,额定功率40W,额定电压36V,符号爱护电阻R2,符号电磁开关,符号蓄电池E,电压36V,内阻很小;开关S,导线若干。(2)回答下列问题:①假如励磁线圈的电阻为200Ω,励磁线圈允许加的最大电压为V,爱护电阻R2的阻值范围为Ω。

②在有些应用电磁开关的场合,为了平安,往往须要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造?请结合本题中电磁开关内部结构图说明。③随意举出一个其他的电磁铁应用的例子。10.电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被磁铁吸引,温度达到103℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。电饭锅的自动限制结构如图所示,依据以上信息回答:(1)起先煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开这个按钮是否会复原到图示的状态?为什么?(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持肯定的温度?(3)饭熟后,水分被大米汲取,锅底的温度会有什么改变?这时电饭锅会自动地发生哪些动作?(4)假如用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?

第3节大显身手的传感器1.C由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,都会向限制器传递错误信息,导致限制器发出错误指令,C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器始终加热才会使温度持续上升,D错误。2.B遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了视觉传感器,故选项B正确,A、C、D错误。3.BC电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动限制温度的,选项A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下触点分别,选项B正确;须要较高温度熨烫时,要调整调温旋钮,使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,选项D错误。4.解析设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时UR1+R2R1=UR3+RTR3,解得RT答案355.解析(1)热敏电阻RT在温度上升时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增加,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值应更小,滑动变阻器的阻值应调大,即滑片应左移。(3)工作电路不能工作的缘由可能是报警电路不能接通导致的。答案(1)a(2)左(3)电源供应电压太小,导致电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大6.B传感器电阻r'的倒数与浓度c是正比关系,即1r'=kc。电路中的电流为I=Er'+R7.D当温度低于78℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度上升到78℃时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度上升至74℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。8.BC当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生改变,肯定是压力F发生了改变,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。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之间。答案(1)(2)①20160~520②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机10.解析(1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点相接,电路接