2024-2025學年新教材高中物理第五章傳感器1-2認識傳感器常見傳感器的工作原理及應用課時練習含解析新人教版選擇性必修2

PAGE8-相識傳感器常見傳感器的工作原理及應用(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題8分,共48分)1.如圖所示,在電路中接一段銅絲,閉合開關,燈泡正常發(fā)光,當用酒精燈給銅絲加熱時燈泡亮度明顯變暗,依據(jù)銅絲的上述特性,可用銅絲來制作一個溫度傳感器,下面的說法中不正確的是 ()A.該傳感器利用了銅絲的物理性質B.該傳感器利用了銅絲電阻隨溫度改變而改變的特性C.該傳感器能夠把熱學量(溫度)轉換為電學量(電阻)D.該傳感器能夠把電學量(電阻)轉換為熱學量(溫度)【解析】選D。由題目中的試驗現(xiàn)象可知,銅絲的電阻隨溫度的上升而增大,隨溫度的降低而減小,利用該特性可以制成溫度傳感器,傳感器能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量,故A、B、C正確,D錯誤。【補償訓練】下列關于傳感器說法正確的是 ()A.干簧管接入電路中相當于電阻的作用B.霍爾元件能夠把磁學量(如磁感應強度)轉化為電學量(如電壓)C.光敏電阻隨光照強度增加電阻增大D.熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而上升【解析】選B。干簧管接入電路中相當于開關的作用,所以A錯誤;霍爾元件將磁學量轉化為電學量,所以B正確;光敏電阻隨光照強度增加電阻減小,所以C錯誤;熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而減小,所以D錯誤。2.某樓梯口的電燈開關裝有傳感器,天黑時,出現(xiàn)聲音才能發(fā)光,而白天即使有聲音,電燈也不能發(fā)光,該開關中有兩種傳感器,它們可能是 ()A.熱敏電阻和光敏電阻B.金屬熱電阻和光敏電阻C.熱敏電阻和霍爾元件D.光敏電阻和駐極體話筒【解析】選D。兩種傳感器分別把聲音信號轉換為電信號、把光信號轉換為電信號,所以選項D正確。3.如圖是智能稱重地磅,它運用便利快捷、計量精度高、反應速度靈敏、移動便利,這種地磅安裝了應變式力傳感器,下列關于應變式力傳感器的說法不正確的是 ()A.應變片是由半導體材料制成B.當應變片的表面拉伸時,其電阻變大;反之,變小C.傳感器輸出的是應變片上的電壓D.外力越大,輸出的電壓差值也越大【解析】選C。應變片多用半導體材料制成,故選項A正確;當應變片拉伸時,其電阻變大,故選項B正確;傳感器輸出的是上、下兩應變片上的電壓差值,并且隨著外力的增大,輸出的電壓差值也就越大,故C錯誤,D正確。本題選錯誤的,故選C。4.如圖所示的電路中,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,LED為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強),且R與LED間距不變,下列說法中正確的是 ()A.當滑動觸頭P向左移動時,L消耗的功率增大B.當滑動觸頭P向左移動時,L消耗的功率減小C.當滑動觸頭P向右移動時,L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動觸頭P,L消耗的功率都不變【解析】選A。從圖中可知,當P向左滑動時,滑動變阻器連入電路的電阻減小,由于電源兩端的電壓恒定,即兩并聯(lián)支路的電壓恒定,所以有二極管支路的總電阻減小,故通過二極管的電流增加,光照強度增加,從而導致光敏電阻上的光照增加,光敏電阻的阻值R減小,所以依據(jù)公式UL=RL=,燈泡兩端的電壓增加,故再依據(jù)公式P=可得L消耗的功率增加,A正確,B錯誤;當P向右滑動時,滑動變阻器連入電路的電阻增加,由于電源兩端的電壓恒定,即兩并聯(lián)支路的電壓恒定,所以有二極管支路的總電阻增加,故通過二極管的電流減小,光照強度減小,從而導致光敏電阻上的光照減弱,光敏電阻的阻值R增加,所燈泡兩端的電壓減小,可得L消耗的功率減小,C、D錯誤。5.如圖所示,M是一小型志向變壓器,接線柱a、b接在電壓u=311sin134t(V)的正弦溝通電源上,變壓器右側部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖,其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器,電流表A2為值班室的顯示器,顯示通過R1的電流,電壓表V2顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出),R3為肯定值電阻,當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,以下說法中正確的是 ()A.A1的示數(shù)不變,A2的示數(shù)增大B.A1的示數(shù)增大,A2的示數(shù)增大C.V1的示數(shù)增大,V2的示數(shù)增大D.V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)減小【解析】選D。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,R2的電阻減小,導致電路的總電阻減小,所以電路中的總電流將會增大,A1測量的是原線圈中的總的電流,由于副線圈的電流增大了,所以原線圈的電流A1示數(shù)也要增大;由于電源的電壓不變,原副線圈的電壓也不變,所以V1的示數(shù)不變,由于副線圈中電流增大,R3的電壓變大,所以V2的示數(shù)要減小,即R1的電壓也要減小,所以A2的示數(shù)要減小,A、B、C錯誤,D正確。6.抗擊新型冠狀病毒期間,由于無法外出,某同學在家利用所學物理學問設計能顯示拉力大小的電子健身器材,如圖所示是原理圖。輕質彈簧右端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計,P與R1間的摩擦不計),彈簧勁度系數(shù)為100N/cm。定值電阻R0=5Ω,ab是一根長為5cm的勻稱電阻絲,阻值R1=25Ω,電源輸出電壓恒為U=3V,志向電流表的量程為0～0.6AA.當拉環(huán)不受力時,閉合開關后電流表的讀數(shù)為0AB.當拉力為400N時,電流表指針指在0.3A處C.當拉力為400N時,電流表指針指在0.5A處D.該健身器材能測量力的范圍是0～400N【解析】選B。當拉環(huán)不受力時,滑片P在a端,由歐姆定律得,I==0.1A,故選項A錯誤;拉力為400N時,由F=kΔx,則Δx=4cm,對應的電阻為RaP=20Ω,R1接入電路的電阻RPb=5Ω,由歐姆定律得,I′==0.3A,故選項B正確,C錯誤;在P移動到b點時Δx′=5cm,由F=kΔx,拉力最大,F=500N,故選項D錯誤。【總結提升】力學傳感器的分析方法(1)清晰力學傳感器的工作原理,明確裝置是如何將力這個非電學量轉化為電學量是解決該類問題的關鍵。(2)涉及電路計算時,留意歐姆定律及分壓原理的應用。二、非選擇題(12分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度,該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器。用兩根相同的輕彈簧夾著一個質量為2.0kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可干脆從傳感器的液晶顯示屏上讀出,彈簧端點始終緊密連接物體?，F(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后。汽車靜止時,傳感器a、b的示數(shù)均為10N(g取10m/s2)。(1)若傳感器a的示數(shù)為14N,傳感器b的示數(shù)為6N,求此時汽車的加速度大小和方向。(2)當汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數(shù)為零?！窘馕觥?1)左側彈簧對滑塊向右的推力F1=14N,右側彈簧對滑塊向左的推力F2=6.0N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度a1,依據(jù)牛頓其次定律有F1-F2=ma1,所以a1==m/s2=4m/s2,a1與F1同方向,即向前(向右)。(2)傳感器a的讀數(shù)恰為零,則左側彈簧的彈力F1′=0,因兩彈簧相同,左彈簧伸長多少,右彈簧就縮短多少,所以右彈簧的彈力變?yōu)镕2′=-20N?；瑝K所受合力產(chǎn)生加速度,由牛頓其次定律得F合=F2′=ma2,所以a2==-10m/s2,負號表示方向向后(向左)。答案:(1)4m/s2向右(2)大小為10m/s2,方向向左(15分鐘·40分)8.(8分)(多選)某儀器內部的電路如圖所示,其中M是一個質量較大的金屬塊,左右兩端分別與金屬絲制作的彈簧相連,并套在光滑水平細桿上,當金屬塊處于平衡時兩根彈簧均處于原長狀態(tài),此時兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上,則下列說法正確的是 ()A.當汽車加速前進時,甲燈亮B.當汽車加速前進時,乙燈亮C.當汽車剎車時,甲燈亮D.當汽車剎車時,乙燈亮【解析】選B、C。汽車加速前進時,M與左邊觸點接觸,乙燈亮,所以B正確;當汽車剎車時,M與右邊觸點接觸,甲燈亮,所以C正確。9.(8分)(多選)如圖甲所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動計數(shù)的示意圖,其中A是發(fā)光儀器,B是光敏電阻(光照時電阻會變小),電源的內阻較大,電壓表記錄數(shù)據(jù)傳給限制器。成品包裝車間的光傳感記錄器輸出一個電信號,并在屏幕上顯示出電信號與時間的關系,如圖乙所示。若傳送帶始終勻速運動,每兩個工件間的距離為0.2m,則下述說法正確的是 ()A.傳送帶運動的速度是0.1m/sB.傳送帶運動的速度是0.2m/sC.該傳送帶每小時輸送3600個工件D.該傳送帶每小時輸送7200個工件【解析】選B、C。有工件通過時,攔住A射向光傳感器B的光,B的電阻增大,輸出一個高電壓,故知兩相鄰工件通過時間t=1s,傳送帶的速度v=m/s=0.2m/s。每小時傳送工件3600個。10.(8分)(多選)如圖所示是一種自動限制水溫的裝置,P、Q是加熱電路的兩個觸頭,M、N是熱敏電阻的兩個觸頭,則下列說法正確的是 ()A.P、Q應接在a、b之間B.P、Q應接在c、d之間C.M、N應接在e、f之間D.M、N應接在c、d之間【解析】選A、C。P、Q應當分別接在觸頭a、b之間,同時,M、N應當分別接e、f。其工作原理是當水溫上升時,熱敏電阻阻值減小,電磁鐵中電流增大,吸引力增大,使銜鐵被吸下,a、b斷開,使加熱裝置停止加熱;當水溫降低到肯定程度時,熱敏電阻溫度減小,電磁鐵中電流減小,吸引力減小,銜鐵被彈簧拉上去,使a、b之間連接,加熱裝置起先加熱,從而實現(xiàn)限制水溫,故A、C正確?！狙a償訓練】(多選)如圖是某電子秤的原理圖,人只要站在踏板上,儀表G就能顯示人的體重,踏板下面的傳感器R實質是一個阻值可隨壓力大小而改變的電阻,顯示體重的儀表G實質是志向電流表,假如不計踏板的質量,電阻R隨人的體重G改變的函數(shù)關系式為R=a-kG(a、k是常量,G和R的單位分別是N和Ω),下列說法正確的是 ()A.傳感器R是一個力電傳感器B.閉合電路測量時,電路中的電流隨人的體重勻稱改變C.該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表G刻度盤的零刻度處D.假如要擴大電子秤的量程,滑動變阻器R′接入電路中的電阻應調大【解析】選A、D。依據(jù)閉合電路歐姆定律列式得到電流的表達式和量程的表達式進行探討即可,R是將壓力信號換成電信號的傳感器,即力電傳感器,故A正確;閉合電路測量時,電路中的電流:I=,明顯與人的體重不成線性關系,故B錯誤;當重力為零時,電流最小,但不為零,故C錯誤;由Ig=可知,kGm=a+r+R′-,因此變阻器接入電路中的電阻調大,可以測量的人的最大體重增大,故D正確。11.(16分)如圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一勻稱的滑線電阻,阻值為R,長度為L,兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭,P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動,彈簧處于原長時,P1剛好指著A端,P1與托盤固定相連,若P1、P2間出現(xiàn)電壓時,該電壓經(jīng)過放大,通過信號轉換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k,托盤自身質量為m0,電源電動勢為E,內阻不計,當?shù)氐闹亓铀俣葹間,求:(1)托盤上未放物體時,在托盤自身重力作用下,P1離A的距離x1。(2)托盤上放有質量為m的物體時,P1離A的距離x2。(3)托盤上未放物體時通常先校準零點,其方法是:調整P2,使P2離A的距離也為x1,從而使P1、P2間的電壓為零。校準零點后,將物體放在托盤上,試推導出物體質量m與P