2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第二冊（粵教版）第5章 傳感器 分層作業(yè)22 傳感器的應(yīng)用 用傳感器制作自動控制裝置

分層作業(yè)22傳感器的應(yīng)用用傳感器制作自動控制裝置利用智能手機(jī)中的磁傳感器研究磁現(xiàn)象A組必備知識基礎(chǔ)練1.(多選)某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路保護(hù)裝置如圖所示,鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成,當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí),電流經(jīng)放大器放大,使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K,從而切斷家庭電路.僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場,下列說法正確的有()A.家庭電路正常工作時(shí),L2中的磁通量為零B.家庭電路中使用的電器增多時(shí),L2中的磁通量不變C.家庭電路發(fā)生短路時(shí),開關(guān)K將被電磁鐵吸起D.地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí),開關(guān)K將被電磁鐵吸起2.某同學(xué)設(shè)計(jì)的散熱排風(fēng)控制電路如圖所示,M為排風(fēng)扇,R是可變電阻,R0是半導(dǎo)體熱敏電阻,其阻值隨溫度升高而減小.初始時(shí)A點(diǎn)的電勢為φ0,控制開關(guān)電路具有下列特性:當(dāng)A點(diǎn)電勢φA<φ0時(shí),控制開關(guān)處于斷路狀態(tài);當(dāng)φA≥φ0時(shí),控制開關(guān)接通電路,M開始運(yùn)轉(zhuǎn).下列說法正確的是()A.環(huán)境溫度升高時(shí),A點(diǎn)電勢升高B.可變電阻R阻值調(diào)大時(shí),A點(diǎn)電勢降低C.可變電阻R阻值調(diào)大時(shí),排風(fēng)扇開始工作的臨界溫度升高D.若用金屬熱電阻代替半導(dǎo)體熱敏電阻,電路仍能正常工作3.(多選)如圖所示,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r,R1、R2、R3為定值電阻,R4為光敏電阻(光敏電阻被光照射時(shí)阻值變小),C為電容器.閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定后,用光照射R4,下列說法正確的是()A.電壓表示數(shù)增大 B.電源的效率增大C.電容器所帶電荷量增加 D.R2上消耗的功率增大4.通常情況下,電阻的阻值會隨溫度的變化而改變,利用電阻的這種特性可以制成電阻溫度計(jì),從而用來測量較高的溫度.如圖所示,電流表量程為0~25mA,電源電動勢為3V,內(nèi)阻不計(jì).R為滑動變阻器,電阻Rt作為溫度計(jì)的測溫傳感器.當(dāng)t≥0℃時(shí),Rt的阻值隨溫度t的變化關(guān)系為Rt=20+0.5t(單位為Ω),先把Rt放入0℃環(huán)境中,閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動變阻器R,使電流表指針恰好滿偏,然后把測溫探頭Rt放到某待測溫度環(huán)境中,發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)為15mA,該環(huán)境的溫度為℃;當(dāng)把測溫探頭Rt放到460℃環(huán)境中,電路消耗的電功率為W.

5.一熱敏電阻在溫度80℃時(shí)阻值很大,當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)阻值就很小,今用一電阻絲給水加熱,并配以熱敏電阻以保持水溫在80℃到100℃之間,可將電阻絲與熱敏電阻并聯(lián),一并放入水中,如圖所示,圖中R1為熱敏電阻,R2為電阻絲.請簡述其工作原理.B組關(guān)鍵能力提升練6.(多選)壓力敏感元件的阻值會隨所受壓力的增大而減小.一同學(xué)利用壓力敏感元件設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的裝置,如圖甲所示,將壓力敏感元件平放在升降機(jī)內(nèi),受壓面朝上,在上面放一物體m,升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示,則在此過程中()A.物體處于失重狀態(tài)B.物體處于超重狀態(tài)C.升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動D.升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動7.車床在工作時(shí)是不允許將手隨便接近飛轉(zhuǎn)的工件的,為了防止萬一,設(shè)計(jì)了如圖所示的光電自動控制安全電路,只要人手不小心靠近了工件,機(jī)器就自動停轉(zhuǎn).圖中的A為車床上的電動機(jī);B為隨電動機(jī)高速轉(zhuǎn)動的工件;C為光源,它發(fā)出的光照在光敏電阻D上;E為電磁鐵;F為銜鐵;G為電源;H為彈簧.其工作原理是:當(dāng)手在C、D間靠近工件時(shí),遮擋住射向光敏電阻的光,光敏電阻的阻值(選填“增大”或“減小”),電路中的電流(選填“增大”或“減小”),使電磁鐵磁性(選填“增強(qiáng)”或“減弱”)從而放開銜鐵,造成電動機(jī)斷路,使工件停轉(zhuǎn)以保證安全.

8.某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖像如圖甲所示,圖中R0表示該電阻在0℃時(shí)的電阻值,已知圖線的斜率為k.用該電阻與電池(電動勢為E、內(nèi)阻為r)、理想電流表A、滑動變阻器R'串聯(lián)起來,連接成如圖乙所示的電路.用該電阻作測溫探頭,把電流表A的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計(jì)”.(1)根據(jù)圖甲,溫度為t(t>0℃)時(shí)電阻R的大小為.

(2)在標(biāo)識“金屬電阻溫度計(jì)”的溫度刻度時(shí),需要弄清所測溫度和電流的對應(yīng)關(guān)系.請用E、R0、R'(滑動變阻器接入電路的阻值)、k等物理量表示待測溫度t與電流I的關(guān)系式t=.

9.(2024廣東廣州高二期末)利用二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器組裝一個酒精測試儀,已知該傳感器電阻隨酒精氣體濃度變化規(guī)律如圖甲所示.現(xiàn)有器材:A.二氧化錫半導(dǎo)體型傳感器RxB.直流電源(電動勢為4V,內(nèi)阻不計(jì))C.電壓表V(量程為0~3V,內(nèi)阻非常大,作為濃度表使用)D.電阻箱R(最大阻值為999.9Ω)E.定值電阻R1(阻值為50Ω)F.定值電阻R2(阻值為10Ω)G.單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干(1)圖乙是酒精測試儀電路圖,電路中R應(yīng)選用定值電阻(選填“R1”或“R2”).

(2)按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀:①電路接通前,先將電阻箱調(diào)為40.0Ω,然后開關(guān)向(選填“c”或“d”)端閉合,將電壓表此時(shí)指針對應(yīng)的電壓刻度標(biāo)記為mg/mL;

②逐步減小電阻箱的阻值,電壓表的示數(shù)不斷變大,按照圖甲數(shù)據(jù)將電壓表上電壓刻度線都標(biāo)記為對應(yīng)的“酒精氣體濃度”;③將開關(guān)向另一端閉合,酒精測試儀即可正常使用.(3)將可正常使用的酒精測試儀靠近酒精瓶口,電壓表如圖丙所示,則定值電阻兩端電壓U=V,此時(shí)流過傳感器Rx的電流Ix=A(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

10.某?？萍蓟顒有〗M制作的恒溫箱電路示意圖如圖所示,電熱絲是恒溫箱的加熱元件.圖中的水銀溫度計(jì)為導(dǎo)電溫度計(jì),上面的金屬絲A的高度可以調(diào)整,下面的金屬絲B與溫度計(jì)的水銀接觸,該溫度計(jì)的水銀液泡被放置到恒溫箱內(nèi).請根據(jù)此電路圖說明恒溫箱工作的原理.答案：1.ABD由于零線、火線中電流方向相反,產(chǎn)生的磁場方向相反,所以家庭電路正常工作時(shí),L2中的磁通量為零,選項(xiàng)A正確;家庭電路短路和用電器增多時(shí)均不會引起L2的磁通量的變化,選項(xiàng)B正確,C錯誤;地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí),線圈L1中磁場變化引起L2中磁通量的變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,吸起K,切斷家庭電路,選項(xiàng)D正確.2.A當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),半導(dǎo)體熱敏電阻R0的阻值隨溫度升高而減小,則電路中的電流增大,所以A點(diǎn)的電勢升高,故A正確.可變電阻R阻值調(diào)大時(shí),導(dǎo)致電路的電流減小,則A點(diǎn)電勢升高,故B錯誤.可變電阻R阻值調(diào)大時(shí),導(dǎo)致電路的電流減小,則A點(diǎn)電勢升高,當(dāng)φA≥φ0時(shí),控制開關(guān)接通電路,M開始運(yùn)轉(zhuǎn).工作臨界溫度沒變,而是提前被接通,故C錯誤.若用金屬熱電阻代替半導(dǎo)體熱敏電阻,當(dāng)溫度升高時(shí),其阻值增大,導(dǎo)致A點(diǎn)電勢降低,則開關(guān)會處于斷開狀態(tài),所以起不到散熱排風(fēng)的作用,故D錯誤.3.CD有光照射時(shí),光敏電阻的阻值減小,故總電阻減小,由閉合電路的歐姆定律可知,干路電流增大,由U=E-Ir可知路端電壓減小,所以電壓表示數(shù)減小,故A錯誤;電源的效率η=P出P總=EI-I2rEI=1-IrE,電流增大,則電源效率減小,故B錯誤;電容器的電壓與R2兩端的電壓相等,因R4電阻變小,總電阻變小,總電流增大,路端電壓變小,通過R1的電流減小,則通過R2的電流增大,所以電容器的電壓增大,根據(jù)Q=CU可知,電容器所帶電荷量一定增加,故C正確;通過R2的電流增大,根據(jù)P2=I4.答案1600.026解析當(dāng)溫度t=0℃時(shí),Rt=20Ω,根據(jù)歐姆定律I=ERt+R=25mA,解得R=100Ω,當(dāng)電流為15mA時(shí),代入歐姆定律公式和阻值變化關(guān)系式可得溫度為160℃;當(dāng)把測溫探頭Rt放到460℃溫度環(huán)境中,Rt'=250Ω,電路消耗的電功率為P=E2R+R5.答案見解析解析開始水溫較低,R1阻值較大,電阻絲R2對水進(jìn)行加熱,當(dāng)水溫達(dá)到100℃左右時(shí),R1阻值變得很小,R2將停止加熱,當(dāng)溫度降至80℃時(shí),R1變得很大,R2又開始加熱,這樣可達(dá)到控制水溫的效果.6.BD電流表的示數(shù)變?yōu)?I0且保持不變,說明壓力敏感元件的阻值比升降機(jī)靜止時(shí)小,壓力敏感元件所受壓力變大,物體處于超重狀態(tài),即物體具有向上的加速度,B、D正確,A、C錯誤.7.答案增大減小減弱解析當(dāng)手在C、D間靠近工件時(shí),遮擋住光線,光敏電阻阻值增大,電路中的電流減小,使電磁鐵的磁性減弱,從而放開銜鐵,使電路自動斷開.8.答案(1)R0+kt(2)1k[EI解析(1)圖像的斜率為k,縱截距為R0,為一次函數(shù),所以圖像的表達(dá)式為R=R0+kt.(2)根據(jù)閉合回路歐姆定律可得E=I(R+R'+r),將R=R0+kt代入可得t=1k[EI-(R'+r+R0)9.答案(1)R2(2)①c0.1(3)1.200.120解析(1)根據(jù)圖乙和閉合電路歐姆定律可得電壓表讀數(shù)為U=ERx+R·R,電壓表量程為0~3V,有U≤3V,根據(jù)題圖甲可知10Ω≤Rx≤70Ω,代入數(shù)值解得R≤30Ω,所以選擇(2)本實(shí)驗(yàn)中利用變阻箱阻值和傳感器電阻阻值進(jìn)行等效替換,所以將電阻箱調(diào)為40.0Ω后,需將電阻箱接入電路,即開關(guān)向c端閉合;根據(jù)圖甲可知,當(dāng)Rx=40Ω時(shí),對應(yīng)的酒精氣體濃度為0.1mg/mL.(3)最小分度值為0.1V,所