2024-2025学年高中物理第六章传感器第2节传感器的应用课时作业新人教版选修3-2

PAGEPAGE1第2节传感器的应用[随堂检测][学生用书P62]1．下列说法错误的是()A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种磁传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具解析：选C.由传感器的定义知A、D正确；电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，故C错误；由干簧管的工作原理知干簧管是一种能够感知磁场的元件，故B正确．2．(多选)燃气灶的点火开关有两种：一种是电脉冲点火开关，它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出特别高的电压，击穿空气后点火；另一种是电子压电点火开关，它的工作原理是压电陶瓷片受肯定方向的外力作用而发朝气械形变，相应地输出很高的电压，击穿空气后点火．下列关于这两种点火开关的说法中，正确的是()A．电脉冲点火开关是一种传感器B．电子压电点火开关是一种传感器C．压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能D．压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能解析：选BD.传感器是将非电学量转化为电学量的装置，电脉冲点火开关事实上是自感现象的应用，电子压电点火开关是力传感器，把机械形变转化为电压，A错误，B正确；从能量转化角度分析压电陶瓷片是把机械能转化为电能，C错误，D正确．3．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t改变的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等状况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3(被称为“PTC”)的特别材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动限制温度的特点，PTC材料的电阻随温度改变的关系如图中实线②所示，依据图线分析：(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比一般电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T______＜t＜T________范围之内．(填下标数字)解析：(1)由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P＝eq\f(U2,R)知，其发热功率较大，所以升温快．(2)从题图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度上升，电阻值快速增大，相应生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T6～T7之间．答案：(1)见解析(2)674．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体(CO，CH4)浓度转换成电信号的传感器，简称电子鼻．依据如图所示的材料，电源电压U＝220V、排风扇M、继电器G、电池组A、限制开关S，请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线．解析：电磁继电器起开关作用，所以电池组A、开关S、电子鼻B和电磁继电器(电磁铁部分)应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路．答案：如图所示[课时作业]一、单项选择题1．下列器件是应用力传感器的是()A．鼠标器 B．火灾报警器C．测温仪 D．电子秤解析：选D.鼠标器中的传感器是光传感器；火灾报警器中的传感器是光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，选项D正确．2．用遥控器调换电视机频道的过程，事实上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭锅中限制加热和保温的温控器解析：选A.遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，故选A.3．下列说法中正确的是()A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B．测温仪中测温元件可以是热敏电阻C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态解析：选B.电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，选项A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，选项C错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，选项D错误；选项B正确．4．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压．若发觉电压表示数增大，下列说法正确的是()A．电梯肯定加速上升 B．电梯肯定减速下降C．电梯加速度肯定向上 D．电梯加速度肯定向下解析：选C.电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度肯定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速．5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：选C.R2与灯L并联后与R1串联，然后与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确．6．(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．7．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．二、多项选择题8．下列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，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，故选项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，输出的电压差值也就越大，故C错误，D正确．9.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下推断正确的是()A．通电后，其电功领先增大后减小B．通电后，其电功领先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变解析：选AD.从图线上可以看出，假如通电前PTC的温度t<t1，通电后由于发热的原因，温度上升致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的上升，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步上升．从以上分析可知，t<t1时，温度会上升；t>t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度限制点在图象的两个极值点之间．10．为熬炼身体，小明利用所学物理学问设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100N/cm.定值电阻R0＝5Ω，ab是一根长为5cm的匀称电阻丝，阻值R1＝25Ω，电源输出电压恒为U＝3V，志向电流表的量程为0～0.6A．当拉环不受力时，滑片P位于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)()A．小明在电路中连入R0的目的是爱护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1AC．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处D．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处解析：选ABC.若电路无电阻R0且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此选项A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝eq\f(U,R0＋R1)＝0.1A，故选项B正确；拉力为400N时，由F＝kΔx，则Δx＝4cm，对应的电阻为RaP＝20Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5Ω，由欧姆定律得，I′＝eq\f(U,R0＋RPb)＝0.3A，故选项D错误，C正确．三、非选择题11．如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简洁恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω.当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：(1)应当把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)．(2)假如要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R′的阻值应调整为________Ω.解析：(1)恒温箱内的加热器应当接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度上升．随着恒温箱内温度上升，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又起先工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．(2)要使恒温箱内的温度保持50℃，即50℃时线圈内的电流为20mA.由闭合电路欧姆定律I＝eq\f(E,r＋R＋R′)，r为继电器的电阻．由题图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝eq\f(E,I)－R－r＝260Ω.答案：(1)A、B端(2)26012．如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一匀称的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连．若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1与A端的距离x1；(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1与A端的距离x2；(3)托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调整P2，使P2离A端的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．解析：托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为匀称滑线电阻，则其阻值与长度成正比．(1)