2024-2025学年高中物理第六章传感器第2节传感器的应用练习含解析新人教版选修3-2

PAGE7-第六章第2节传感器的应用「基础达标练」1．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动限制，这是利用半导体的()A．压敏性 B．光敏性C．热敏性 D．三特性都利用了解析：选B分析题意可知，要求航标灯夜晚亮、白天熄．通过光来限制电路电流的改变，所以电路中必需存在光传感器，通过光传感器来实现自动限制，利用半导体的光敏性，B选项正确．2．(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小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解析：选BD应变片多用半导体材料制成，A错误；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，B、D正确．3．有一种在光照增加或温度上升时排气扇都能启动的自动限制装置，下列说法正确的是()A．两个传感器都是光电传感器B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作解析：选B题中提到光照增加或温度上升时排气扇都能启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度其中一个满意条件即可，A、C、D错误，B正确．4．(多选)传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同．以下有关传感器的说法正确的是()A.办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用B.非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器C.空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器D.电熨斗能够自动限制温度的缘由是它装有双金属片温度传感器，能限制电路的通断解析：选ACD办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，故A正确；利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现．是利用光传感器而制成的，故B错误；空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机运用温度传感器，故C正确；电熨斗能够自动限制温度的缘由是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是限制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确．5．用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示．在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ，a、b两端接电源，Ⅳ是一小块放射性同位素镅241，它能放射出一种很简单使空气电离的粒子．正常状况下镅241放射出的粒子使两个极板间的空气电离，在a、b间形成较强的电流；发生火灾时，大量烟雾进入网罩Ⅰ内，烟尘颗粒汲取其中的带电粒子，导致电流发生改变，从而报警．下列说法中正确的是()A．镅241射出的是α粒子，有烟雾时电流增加B．镅241射出的是α粒子，有烟雾时电流减弱C．镅241射出的是β粒子，有烟雾时电流增加D．镅241射出的是β粒子，有烟雾时电流减弱解析：选B放射性同位素镅241，它能放射出一种很简单使气体电离的粒子，知该粒子是α粒子．发生火灾时，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒汲取空气中的离子和镅发出的粒子，使得电流减弱．故B正确，A、C、D错误．6.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造原理的示意图如图所示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针可通过标尺测出滑块的位移，然后通过限制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度()A．方向向左，大小为eq\f(ks,m) B．方向向右，大小为eq\f(ks,m)C．方向向左，大小为eq\f(2ks,m) D．方向向右，大小为eq\f(2ks,m)解析：选D当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右．由牛顿其次定律可知D正确．7．(多选)如图是电熨斗的结构图，下列说法正确的是()A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属B．常温下，上下触点接触，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，使升降螺丝上升D．双金属片温度传感器的作用是限制电路的通断解析：选BD电热丝通电加热，双金属片温度上升，双金属片的膨胀系数上大下小，温度上升到肯定值时，双金属片向下弯曲使触点断开，停止供电，A错，B、D对；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，使双金属片稍向下弯曲，这样要使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些，温度也须要更高一些，C错．8．如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，起先时小铅球P沿竖直方向处于静止状态，当将小铅球P放入水平流淌的水中时，球向左摇摆肯定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处且OC＝h.图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．解析：如图所示．设CE＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tanθ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(x,h)，F为水流对小球作用力①依据闭合电路欧姆定律和部分电路的欧姆定律可得I＝eq\f(E,RL)＝eq\f(U,Rx)②依据电阻定律可得RL＝ρeq\f(L,S)③Rx＝ρeq\f(x,S)④由①②③④式可得U＝eq\f(tanθ·Eh,L)，因为水速越大，θ越大，则U越大．答案：见解析「实力提升练」1．关于电磁灶的加热原理，下列说法正确的是()①电磁灶加热与微波炉加热原理是一样的②电磁灶是利用电磁感应原理制成的③电磁灶是热量从灶口传递给锅中的食物达到加热的目的④电磁灶工作时，灶不会生热A．②④ B．①③C．①② D．②③解析：选A电磁灶里面的线圈中改变的电流，产生改变的磁场，从而形成涡流，依据电流的热效应进行加热，电磁灶工作时，灶不会生热，故③错误，④正确；微波炉是接通电路后，220V沟通电经变压器变压，在次级产生3.4V低压沟通电对磁控管加热，同时在另一次级产生2000V高压电，经镇流系统加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内的分子高频运动，从而使食物受热，故①错误，②正确．所以A正确，B、C、D错误．2．如图所示，是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照耀，电阻减小；门关闭会遮挡红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光状况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比()A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小解析：选D门打开R3减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)减小，IR3＝I总－eq\f(UR2,R2)增加，电磁继电器磁性增加把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A、B、C错误，D正确．3．(2024·辽宁白城月考)如图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灯亮，报警B．温度上升至74℃时，L2灯亮，报警C．温度上升至78℃时，L1灯亮，报警D．温度上升至78℃时，L2灯亮，报警解析：选D当温度低于78℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度上升到78℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度上升至74℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错误，D选项正确．4．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而改变的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是志向电流表)．设踏板的质量可忽视不计，已知志向电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力改变的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是()A．该秤能测量的最大体重是1400NB．该秤能测量的最大体重是2800NC．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400A处解析：选BC分析题意可知，志向电流表的量程为3A，故电路中电流为3A时，电子秤测量的体重最大，依据闭合电路欧姆定律可知，I＝eq\f(E,R＋r)，解得R＝2Ω，其中R＝30－0.01F，联立解得F＝2800N，A选项错误，B选项正确；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.01F，解得R＝30Ω，依据欧姆定律得，I＝0.375A，该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处，C选项正确，D选项错误．5．同学们在探讨传感器特点时，做了如下两个试验：(1)利用传感器和计算机可以探讨快速改变力的大小，试验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的弹力随时间改变图线如图乙所示．依据图线所供应的信息，以下推断正确的是________．A．t1、t2时刻小球速度最大B．t2、t5时刻小球的动能最小C．t3、t4时刻小球的速度相同D．小球在运动过程中机械能守恒(2)温度传感器是对温度敏感的元件，它将感受到的温度信号转变成测量的量(一般是电学量)，从而干脆反映出其改变．某种材料的R­t图线如图丙所示．①它________(选填“能”或“不能”)作为温度传感器的感应元件．②把这种材料制成的电阻和一个电热器串联，如图丁，可达到何种自动限制效果？解析：(1)分析小球的运动可知，小球先做自由落体运动，当绳子出现弹力后，小球做加速度减小的加速运动，当重力等于弹力时，速度最大，弹力大于重力时，小球做加速度增大的减速运动，在最低点时，速度为零，小球做往复运动，最终处于静止状态，重力等于弹力．对应图乙可知，t1、t3、t4、t6时刻，弹性绳处于原长，弹力为零，t2、t5时刻，弹力最大，处于最低点，速度为零，故A选项错误，B选项正确；小球运动过程中受到重力、弹力和阻力作用，t3、t4时刻小球的速度不等，小球运动过程中机械能不守恒，C、D选项错误．(2)①分析图丙可知，该传感器电阻随温度的改变明显，可以作为温度传感器的感应元件．②依据温度传感器的特性可知，电阻随温度的上升而增大，依据闭合电路欧姆定律可知，温度上升后，电流减小，功率减小．温度降低时，电流增大，功率增大，可以起到保持肯定温度的效果．答案：(1)B(2)①能②可达到使电热器保持肯定温度的效果6．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当温度达到居里点(103℃)时，此开关会自动断开，S2也是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动闭合，温度高于80℃时，会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计．(1)分析电饭煲的工作原理；(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；(3)简要回答：假如不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧开后，温度升到居里点103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降到70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝eq\f(U2,R并)，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝eq\f(U2,R1＋R并