2017_2018学年高中物理第六章传感器3实验传感器的应用课时训练新人教版选修3_22017071.doc

实验:传感器的应用题组一光控开关1.在街旁的路灯、江海里的航标灯都要求在夜晚亮,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,实行了自动控制,这是利用半导体的()A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用解析:街旁的路灯和江海里的航标灯,都是利用了半导体的光敏性,夜晚电阻大,白天电阻小。答案:B2.(多选题)关于发光二极管,下列说法正确的是()A.发光二极管能发光,不具有单向导电性B.发光二极管能直接把电能转化为光能C.发光二极管只要在两端加有正向电压,就可以发光D.发光二极管只有加正向电压时,才有可能发光解析:发光二极管和普通二极管一样,都具有单向导电性,都是半导体材料制成的,只有当两端加正向电压时,才能处于导通状态,才可能发光,但不一定发光,要求达到一定的电压值,它能直接把电能转化为光能。答案:BD3.(多选题)计算机光驱的主要组成部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘信息时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是()A.当有光照射R1时,处理系统获得高电压B.当有光照射R2时,处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析:R1是光敏电阻,当有光照射时,R1的阻值变小,R2上的电压变大,信号处理系统获得高电压。由题意知,当激光头发射脉冲光信号,光脉冲等于零时,信号处理系统获得低电压,这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字,实现自动计数功能,故选项A、D正确。答案:AD题组二温度报警器4.有一种在光照或温度升高时排气扇都能起动的自动控制装置,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:题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制,由此可见两个传感器中一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需满足光照和温度其中的一个条件即可,选项A、C、D错误,选项B正确。答案:B5.如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃,负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中甲、乙、丙分别是()A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡B.绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃C.半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡D.半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃解析:甲的回路应为控制电路,甲当然为半导体热敏电阻。热敏电阻特点是温度高,电阻小,电流大,继电器工作,触头被吸下,乙被接通应报警,即乙是小电铃,平常时,温度低、电阻大、电流小,丙导通,丙应是绿灯泡,选项C正确。答案:C6.如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置,R是一种滑动变阻器,它的金属滑片是杠杆的一端,从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低,从图中可知:水位表是由改装而成的。当水面上升时,滑片,滑动变阻器连入电路电阻,电流,水量表示数。 解析:本题利用滑动变阻器滑片改变电阻,进一步改变电压,达到控制水位的目的。答案:电流表向下移变小变大变大题组三其他传感器7.如图所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下使滑片P下滑,滑动变阻器有效电阻变小,电流变大,这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值,若滑动变阻器上A、B间距离为l,最大阻值等于电阻阻值R0,已知弹簧的弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为()A.G=2kl-B.G=kl+C.G=+klD.G=kIl解析:重物压缩弹簧的长度应为,则滑动变阻器的电阻为R0-,根据欧姆定律I=,整理解得G=2kl-。所以选项A正确。答案:A8.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瓦斯煤气)浓度转换为电信号的传感器,简称电子鼻。根据如下材料,U=220 V 的电源、M排风扇、G继电器、A控制电源、S控制开关。请设计一个家用自动排烟电路,在图中完成连线图。解析:电磁继电器起开关作用,所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路,另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。答案:如图所示9.如图所示为一测速计原理图,其基本原理是把速度这一力学量转换成电流进行测量。滑片P与某运动物体相连,当P匀速滑动时,电流表有一定的电流通过,从电流表示数可得运动物体速度。已知电源电动势E=4 V,内阻r=10 ,AB为粗细均匀的电阻丝,其阻值为R=30 、长度 L=30 cm,电容器的电容C=50 F。今测得电流表示数为0.05 mA,方向由b流向a。试求运动物体的速度大小和运动的方向。解析:先根据闭合电路欧姆定律,估计流过电阻丝上的电流约为I= A=100 mA0.05 mA即相比于电阻丝上的电流,电容器中的充放电电流可忽略,故可视整根电阻丝与电源为串联连接,当滑片P移过距离x时,电容器上的电压变化为U=IRx=x。则其充放电电流为IC=,又v=,综合上述各式得v=。代入数据得v=10 cm/s。又因IC由b流向a,电容器放电,P右移,物体移动方向向右。答案:10 m/s,向右(限时:30分钟)1.(多选题)如图所示为一个逻辑电平检测电路,A与被测点相接,则() A.A为低电平,LED发光B.A为高电平,LED发光C.A为低电平,LED不发光D.A为高电平,LED不发光解析:A为低电平时,Y为高电平,LED的电压小,不发光;A为高电平时,Y为低电平,LED的电压大,发光,故选项B、C正确。答案:BC2.如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度h变化为()A.h正在增大B.h正在减小C.h不变D.无法确定解析:由电源极性及电流方向可知,A、B构成的电容器上的电荷量减小,根据C=,电容C在减小,故正对面积S在减小,即h在减小,选项B正确。答案:B3.(多选题)如图所示是一种延时开关,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接触;当S1断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段时间才被释放,则()A.由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用C.如果断开B线圈的开关S2,无延时作用D.如果断开B线圈的开关S2,延时将变长解析:由题意可知,当S1闭合时,电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通,这时虽然B线圈的开关S2闭合,但通过它的磁通量不变,所以没有电磁感应现象发生。当S1断开时,A线圈立即断路,不会发生电磁感应,但通过B线圈的磁通量减少,由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用,选项B正确。如果此时断开B线圈的开关S2,则B线圈虽然产生感应电动势,但不产生感应电流,不能吸引衔铁D,无延时作用,选项C正确。答案:BC4.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,以下说法中正确的是()A.温度升高至74 时,L1亮灯报警B.温度升高至74 时,L2亮灯报警C.温度升高至78 时,L1亮灯报警D.温度升高至78 时,L2亮灯报警解析: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;当温度升高到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,温度升高至74 时,只是灯L1亮,不会报警,故选项A、B、C错误,选项D正确。答案:D5.如图所示RT为正温度系数热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,V为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是()热敏电阻温度升高,其他条件不变热敏电阻温度降低,其他条件不变光照增强,其他条件不变光照减弱,其他条件不变A.B.C.D.解析:电压表示数变大,而R3为定值电阻,说明流经R3的电流增大,由电路结构可知,这可能是由于RT减小或R1增大,由正温度系数热敏电阻和光敏电阻特性可知,可能是由于温度降低或光照减弱,故正确,错误。答案:D6.驾驶员酒后驾车已成为安全行驶的重大隐患,为此全国上下掀起了一场严查酒后驾驶的安全检查行动。交通警察在执行任务过程中,要使用一种酒精测试仪检测驾驶员是否属于酒后驾驶,其内部结构如图所示,其中酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,不同酒精浓度对应着传感器的不同电阻,这样显示仪器上就与浓度有对应关系,如果酒精气体传感器的电阻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c与U不成正比C.U越大,表示c越小,c与U成正比D.U越大,表示c越小,但c与U不成正比解析:设酒精气体传感器的电阻为Rc,则有E=I(r+R0+R+Rc),电压表示数 U=IR0,可得U=·R0,又=kc,故有U=,故c越大,Rc越小,U越大,但c与U不成正比,只有选项B正确。答案:B7.(多选题)某同学在实验室里熟悉各种仪器的使用。他将一条形磁铁放在水平转盘上,如图甲所示,磁铁可随转盘转动,另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边。当转盘(及磁铁)转动时,引起磁感应强度测量值周期性地变化,该变化的周期与转盘转动周期一致。经过操作,该同学在计算机上得到了如图乙所示的图象。甲乙该同学猜测磁感应强度传感器内有一线圈,当测得磁感应强度最大时就是穿过线圈的磁通量最大时,按照这种猜测()A.在t=0.1 s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化B.在t=0.15 s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化C.在t=0.1 s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值D.在t=0.15 s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值解析:传感器线圈的磁感应强度变化情况如题图所示,在题图中斜率既能反映线圈内产生的感应电流的方向变化,又能反映感应电流的大小变化。t=0.1 s时刻,斜率最大,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值,并且产生的感应电流的方向发生了变化,所以选项A、C正确;同理可知t=0.15 s时刻线圈内产生的感应电流的方向变化及大小变化情况,选项B、D不正确。答案:AC8.某学生从小是个摄影爱好者,想在家制作一间洗相片的暗室,用课本上学过的传感器元件如蜂鸣器、光敏电阻、干簧管、开关、电源等元件能否设计电路,制成一个光电报警器,达到某个光照强度时蜂鸣器发声,没有光照或光照很弱时,蜂鸣器不发声。解析:可以。用干簧管和绕在干簧管外的线圈做一个开关,当线圈中电流增大到一定值时,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,在磁力作用下由分离状态变成闭合状态,当线圈中没有电流或电流很弱时磁场消失,簧片在弹力作用下回复到分离状态,线圈和光敏电阻相连,光敏电阻受到光照时电阻会变小,线圈中电流增大,没有光照时电阻会变大,线圈中电流会变小,可以设计成如图的电路。答案:见解析9.如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图,试说明其工作原理。解析:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通。天较暗时,光敏电阻RG阻值增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使照明灯自动开启。天明后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路的电源,照明灯熄灭。答案:见解析10.如图所示是红外线遥控接收器,甲图为外形,乙图为电路,电路中G为红外线接收头OUT,LED为发光二极管,R为电阻,阻值约为510 ,HTD为压电陶瓷喇叭,当接收头未接收到红外线时,接收器不发声。当用遥控器对准接收头(30 m以内)发射红外线时:(1)会产生什么现象?(2)接收头的作用原理是什么?解析:(1)陶瓷喇叭发出“嘟嘟”的响声,同时发光二极管被点亮闪烁。(2)接收头G是接收红外线的。当未接收到红外线时,接收头输出端为高电平,喇叭不响,二极管不会发光;当接收头接收到红外线时,接收头输入端为高电平,输出端为低电平,喇叭会响,同时二极管会发光。此实验演示了红外线能够实现远距离遥控。答案:见解析8