新課標(biāo)2025版高中物理第六章傳感器課時(shí)作業(yè)13含解析選修3-2

PAGE6-課時(shí)作業(yè)(十三)一、單項(xiàng)選擇題1．下列器件是應(yīng)用力傳感器的是()A．鼠標(biāo)器 B．火災(zāi)報(bào)警器C．測(cè)溫儀 D．電子秤解析鼠標(biāo)器中的傳感器是紅外線接收管，屬于光傳感器；火災(zāi)報(bào)警器中傳感器是光電三極管，屬于光傳感器；測(cè)溫儀用的是溫度傳感器；電子秤的敏感元件是應(yīng)變片，是力傳感器，D項(xiàng)正確．答案D2.如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱．電磁繼電器與傳感器協(xié)作，可完成自動(dòng)限制的要求，其工作方式是()A．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路串聯(lián)B．A與B接信號(hào)電壓，C與D跟被控電路并聯(lián)C．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路串聯(lián)D．C與D接信號(hào)電壓，A與B跟被控電路并聯(lián)解析由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓，線圈隨信號(hào)電壓變更使電磁繼電器相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開，進(jìn)而起到限制作用，故正確答案為A項(xiàng)．答案A3．如圖所示，甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻R1＝20kΩ、R2＝10kΩ、R3＝40kΩ，RT為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變更的圖線如圖乙所示，a、b端電壓Uab≤0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接觸，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度上升；當(dāng)a、b端電壓Uab>0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在()A．10℃ B．20℃C．35℃ D．45℃解析由題可知Uab＝0是一個(gè)電壓的臨界點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著開關(guān)S的動(dòng)作，而開關(guān)的動(dòng)作對(duì)應(yīng)著溫度的上升或下降．由電路圖可知，在R1、R2、R3給定的條件下，熱敏電阻RT的阻值確定了Uab的正負(fù)．設(shè)電源負(fù)極的電勢(shì)為零，則φa＝eq\f(R2,R1＋R2)U，φb＝eq\f(RT,R3＋RT)U，其中U為電源的路端電壓，令φa＝φb，即Uab＝0，則可得eq\f(R2,R1)＝eq\f(RT,R3)，代入數(shù)據(jù)得RT＝20kΩ，查表得對(duì)應(yīng)的溫度為35℃，故本題C項(xiàng)正確．答案C4．如圖是磁流體發(fā)電機(jī)示意圖．平行金屬板a、b之間有一個(gè)很強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子)垂直于磁場(chǎng)的方向噴入磁場(chǎng)，a、b兩板間便產(chǎn)生電壓．假如把a(bǔ)、b板與用電器相連接，a、b板就是等效直流電源的兩個(gè)電極．若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，每個(gè)離子的電荷量大小為q、速度為v，a、b兩板間距為d，兩板間磁流體的等效電阻為r，用電器電阻為R.穩(wěn)定時(shí)，下列推斷正確的是()A．圖中a板是電源的正極 B．電源的電動(dòng)勢(shì)為eq\f(Bvq,R＋r)C．用電器中電流為eq\f(Bvq,R＋r) D．a(chǎn)、b板間電壓為eq\f(R,R＋r)Bvd解析依據(jù)左手定則，正電荷受到的洛倫茲力方向向下，負(fù)電荷受到的洛倫茲力向上，因此下極板為電源的正極，即b板為電源的正極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)平衡有：qvB＝qeq\f(E,d)，解得電源的電動(dòng)勢(shì)E＝Bdv，運(yùn)動(dòng)的電離氣體，受到磁場(chǎng)的作用，將產(chǎn)生大小不變的電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，其內(nèi)阻為r，依據(jù)閉合電路歐姆定律，電路中的電流為I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(Bdv,R＋r)，那么用電器R的電壓U＝IR＝eq\f(R,R＋r)Bvd，故B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．答案D5．辦公大樓的大門能“看到”人的到來(lái)或離開而自動(dòng)開或關(guān)，利用的傳感器是()A．生物傳感器 B．紅外傳感器C．溫度傳感器 D．壓力傳感器解析自動(dòng)門的自動(dòng)限制要求靈敏、牢靠，若以溫度限制，人的體溫與夏季氣溫接近，在夏季自動(dòng)門可能做出錯(cuò)誤動(dòng)作．自動(dòng)門實(shí)際運(yùn)用的是紅外線傳感器，紅外線屬于不行見光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動(dòng)限制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開門，故B項(xiàng)正確．答案B6．對(duì)于常見的可燃?xì)怏w濃度的檢測(cè)，現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測(cè)器．它的原理如下：傳感器的核心為一惠斯通電橋，其中一橋臂上有催化劑，當(dāng)與可燃?xì)怏w接觸時(shí)，可燃?xì)怏w在有催化劑的電橋上燃燒，該橋臂的電阻發(fā)生明顯變更，其余橋臂的電阻不變更，從而引起整個(gè)電路的輸動(dòng)身生變更，而該變更與可燃?xì)怏w的濃度成比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)．由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為()A．銅 B．合金C．半導(dǎo)體 D．絕緣體解析可燃?xì)怏w燃燒后電阻發(fā)生變更的緣由，是由于溫度上升造成的，所以此電阻應(yīng)屬于熱敏電阻，而能夠隨溫度變更其電阻有較明顯變更的材料只可能是選項(xiàng)中的半導(dǎo)體材料，故選C項(xiàng)．答案C7.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)．加速度計(jì)構(gòu)造原理的示意圖如圖所示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度，滑塊上有指針可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)限制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度()A．方向向左，大小為eq\f(ks,m) B．方向向右，大小為eq\f(ks,m)C．方向向左，大小為eq\f(2ks,m) D．方向向右，大小為eq\f(2ks,m)解析當(dāng)指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s時(shí)，與滑塊相連的左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，因而彈簧對(duì)滑塊的彈力的大小均為ks，且方向均水平向右，即滑塊受到的合力大小為2ks，方向水平向右．由牛頓其次定律可知D項(xiàng)正確．答案D8．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變更的特別性來(lái)工作的．如圖甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變更關(guān)系如圖乙所示．閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2mA.當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是()A．60℃ B．80℃C．100℃ D．120℃解析在20℃時(shí)，E＝(RG＋R1)I1，即RG＝500Ω，當(dāng)I2＝3.6mA時(shí)，E＝(RG＋R2)I2，即9V＝(500＋R2)×3.6×10－3V，所以R2＝2000Ω.從題圖乙中可以看出t＝120℃，故選D項(xiàng)．答案D二、不定項(xiàng)選擇題9．下列關(guān)于電熨斗的說(shuō)法正確的是()A．電熨斗能自動(dòng)限制溫度主要利用了雙金屬片，兩片金屬的膨脹系數(shù)相同B．常溫下，上下觸點(diǎn)是接觸的；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分別C．須要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)整溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移D．電熨斗中的雙金屬片是一種半導(dǎo)體材料解析常溫下，上下觸點(diǎn)是接觸的；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分別；須要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)整溫度旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移．答案BC10．關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是()A．應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成B．當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí)，其電阻變大；反之，變小C．傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D．外力越大，輸出的電壓差值也越大解析應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也就越大，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，B、D兩項(xiàng)正確．答案BD三、計(jì)算及論述題11.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度t變更的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示．由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等狀況不同，電熨斗的散熱功率不同，因而電熨斗的溫度可能會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特別材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)限制溫度的特點(diǎn)．PTC材料的電阻隨溫度變更的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示．依據(jù)圖線分析：(1)為什么原處于冷態(tài)的PTC電熨斗剛通電時(shí)比一般電熨斗升溫快？(2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在什么范圍之內(nèi)？解析(1)由圖可知溫度較低時(shí)PTC材料的電阻較小，依據(jù)P＝eq\f(U2,R)可知，處于冷態(tài)時(shí)PTC電熨斗的發(fā)熱功率較大，所以升溫快．(2)由圖可知，當(dāng)溫度達(dá)到T6時(shí)PTC的電阻顯著增大，到T7時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)發(fā)熱功率減小，所以溫度t會(huì)自動(dòng)地穩(wěn)定在T6<t<T7的范圍內(nèi)．答案見解析12．如圖所示為檢測(cè)某傳感器的電路圖．傳感器上標(biāo)有“3V，0.9W”的字樣(傳感器可看做一個(gè)純電阻)，滑動(dòng)變阻器R0上標(biāo)有“10Ω，1A”的字樣，電流表的量程為0.6A，電壓表的量程為3V．求：(1)傳感器的電阻和額定電流．(2)為了確保電路各部分的平安，在a、b之間所加的電源電壓最大值是多少？(3)假如傳感器的電阻變更超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值1Ω，則該傳感器就失去作用．實(shí)際檢測(cè)時(shí)，將一個(gè)恒壓電源加在圖中a、b之間，閉合開關(guān)S，通過(guò)調(diào)整R0來(lái)變更電路中的電流和R0兩端的電壓．檢測(cè)記錄如下：電壓表示數(shù)U/V電流表示數(shù)I/A第一次1.480.16其次次0.910.22若不計(jì)檢測(cè)電路對(duì)傳感器電阻的影響，你認(rèn)為這個(gè)傳感器是否仍可運(yùn)用？此時(shí)a、b間所加的電壓是多少？解析(1)R傳＝eq\f(U傳2,P傳)＝eq\f(32,0.9)Ω＝10Ω，I傳＝eq\f(P傳,U傳)＝eq\f(0.9,3)A＝0.3A.(2)最大電流I＝I傳＝0.3A，電源電壓最大值Um＝U傳＋U0，U傳為傳感器的額定電壓，U0為R0m＝10Ω時(shí)R0兩端的電壓，即U0＝I傳·R0m＝0.3×10V＝3V，Um＝U傳＋U0＝3V＋3V＝6V.(3)設(shè)實(shí)際檢測(cè)時(shí)加在a、b間的電壓為U，傳感器的實(shí)際電阻為R′傳，依據(jù)第一次試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)有U＝I1R′傳＋U1依據(jù)其次次試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)有U＝I2R′傳＋U2代入數(shù)據(jù)，解得R′傳＝9.5Ω，U＝3V傳感器的電阻變更為ΔR＝R傳－R′傳＝10Ω－9.5Ω＝0.5Ω<1Ω，所以此傳感器仍可運(yùn)用．答案(1)10Ω0.3A(2)6V(3)此傳感器仍可運(yùn)用3V13．如圖所示，圖a為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的電阻值隨溫度變更的曲線，而圖b則是用這個(gè)熱敏電阻和繼電器做成的溫控電路．設(shè)電磁鐵線圈的電阻為50Ω，線圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合，已知左側(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)為6V，電源的內(nèi)電阻不計(jì)，則繼電器中吸合銜鐵的部件是________，要使右則電路中的小燈泡發(fā)光，溫度的范圍應(yīng)是________．解析當(dāng)溫度上升時(shí)，電阻R的阻值減小，電路中的電流增大，電磁鐵的磁性增加，將銜鐵吸下，燈泡發(fā)光．