新教材2024-2025學年高中物理第5章傳感器及其應用第3節(jié)大顯身手的傳感器分層作業(yè)魯科版選擇性必修第二冊

第3節(jié)大顯身手的傳感器A級必備學問基礎練1.小強用恒溫箱進行試驗時,發(fā)覺恒溫箱的溫度持續(xù)上升,無法自動限制。經(jīng)檢查,恒溫箱的限制器沒有故障。參照圖如圖所示,下列對故障推斷正確的是()A.只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B.只可能是溫度設定裝置出現(xiàn)故障C.熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現(xiàn)故障D.可能是加熱器出現(xiàn)故障2.機器人裝有作為眼睛的“傳感器”,如同大腦的“限制器”,以及可以行走的“執(zhí)行器”,在它遇到障礙物前會自動避讓并剛好轉彎。下列有關該機器人“眼睛”的說法正確的是()A.該機器人的“眼睛”利用了力傳感器B.該機器人的“眼睛”利用了視覺傳感器C.該機器人的“眼睛”利用了溫度傳感器D.該機器人的“眼睛”利用了聲音傳感器3.(多選)如圖所示為電熨斗的結構圖,下列關于電熨斗的說法正確的是()A.電熨斗能自動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、下觸點是接觸的,溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲使上、下觸點分別C.須要較高溫度熨燙時,要調整調溫旋鈕,使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移D.電熨斗中的雙金屬片是一種半導體材料4.如圖所示,圖甲為溫度在10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖,箱內的電阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40kΩ,RT為熱敏電阻,它的電阻隨溫度改變的圖線如圖乙所示。當a、b端電壓Uab<0時,電壓鑒別器會令開關S接通,恒溫箱內的電熱絲加熱,使箱內溫度上升;當Uab>0時,電壓鑒別器會令開關S斷開,停止加熱,恒溫箱內的溫度恒定在℃。

5.傳感器擔負著信息采集的任務,在自動限制中發(fā)揮著重要作用,傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量),例如熱傳感器,主要是應用半導體材料制成的熱敏電阻。某熱敏電阻RT阻值隨溫度改變的圖線如圖甲所示,圖乙是由該熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡潔自動報警器線路圖。(1)為了使溫度過高時報警器鈴響,c應接在(選填“a”或“b”)處。

(2)若要使啟動報警的溫度提高些,應將滑動變阻器的滑片P向(選填“左”或“右”)移動。

(3)假如在調試報警器達到最低報警溫度時,無論如何調整滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作,且電路連接完好,各電路元件都能處于工作狀態(tài),則造成工作電路不能工作的緣由可能是。

B級關鍵實力提升練6.酒精測試儀用于對機動車駕駛人員是否酒后駕車及其他嚴禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測,它利用的是一種二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器。酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的改變而改變,在如圖所示的電路中,不同的酒精氣體濃度對應著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了對應關系。假如二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器電阻r'的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度c之間的對應關系正確的是()A.U越大,表示c越大,c與U成正比B.U越大,表示c越大,但是c與U不成正比C.U越大,表示c越小,c與U成反比D.U越大,表示c越小,但是c與U不成反比7.如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖,在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲,以下說法正確的是()A.溫度上升至74℃時,L1亮燈報警B.溫度上升至74℃時,L2亮燈報警C.溫度上升至78℃時,L1亮燈報警D.溫度上升至78℃時,L2亮燈報警8.(多選)傳感器是一種采集信息的重要器件,一種測定壓力的電容式傳感器如圖所示,當待測壓力F作用于可動膜片電極上時,可使膜片產(chǎn)生形變,引起電容的改變,將電容式傳感器、靈敏電流計和電源串接成如圖所示的閉合電路。那么下列說法正確的是()A.當F向上壓膜片電極時,電容將減小B.若靈敏電流計有示數(shù),則壓力F發(fā)生了改變C.若靈敏電流計有向右的電流通過,則壓力F在增大D.若靈敏電流計有向右的電流通過,則壓力F在減小9.采納風力發(fā)電給蓄電池充電,為路燈供應電能,是現(xiàn)代城市“亮化”工程的方向。用光敏電阻作為傳感器限制路燈電路的開關,實現(xiàn)自動限制。光敏電阻的阻值隨照耀光的強弱而改變,作為簡化模型,可以近似認為,照耀光較強(如白天)時電阻幾乎為0,照耀光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關,可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉、黑天打開。電磁開關的內部結構如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于50mA時,電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點分別,3、4斷開;當勵磁線圈中電流小于50mA時,3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA。電磁開關內部結構圖(1)利用以下器材設計一個自動限制路燈的電路,畫出電路原理圖。光敏電阻R1,符號燈泡L,額定功率40W,額定電壓36V,符號愛護電阻R2,符號電磁開關,符號蓄電池E,電壓36V,內阻很小;開關S,導線若干。(2)回答下列問題:①假如勵磁線圈的電阻為200Ω,勵磁線圈允許加的最大電壓為V,愛護電阻R2的阻值范圍為Ω。

②在有些應用電磁開關的場合,為了平安,往往須要在電磁鐵吸合鐵片時,接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為?電磁開關內部結構應如何改造?請結合本題中電磁開關內部結構圖說明。③隨意舉出一個其他的電磁鐵應用的例子。10.電飯鍋是應用溫度傳感器工作的,它的敏感元件是感溫鐵氧體,由氧化錳、氧化鋅和氧化鐵粉末混合燒制而成,其特點是常溫下具有磁性,能夠被磁鐵吸引,溫度達到103℃,失去磁性,這個溫度叫居里溫度,又稱居里點。電飯鍋的自動限制結構如圖所示,依據(jù)以上信息回答:(1)起先煮飯時為什么要壓下開關按鈕?手松開這個按鈕是否會復原到圖示的狀態(tài)?為什么?(2)煮飯時水沸騰后鍋內是否會大致保持肯定的溫度?(3)飯熟后,水分被大米汲取,鍋底的溫度會有什么改變?這時電飯鍋會自動地發(fā)生哪些動作?(4)假如用電飯鍋燒水,能否在水沸騰后自動斷電?

第3節(jié)大顯身手的傳感器1.C由恒溫箱原理圖可知,無論熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設定出現(xiàn)故障,都會向限制器傳遞錯誤信息,導致限制器發(fā)出錯誤指令,C正確,A、B錯誤;若加熱器出現(xiàn)故障,只有一種可能,即不能加熱,而題中加熱器始終加熱才會使溫度持續(xù)上升,D錯誤。2.B遇到障礙物會繞開,說明該機器人“眼睛”利用了視覺傳感器,故選項B正確,A、C、D錯誤。3.BC電熨斗主要是利用雙金屬片的膨脹系數(shù)不同而自動限制溫度的,選項A錯誤;常溫下,上、下觸點是接觸的,溫度過高時,雙金屬片發(fā)生彎曲使上、下觸點分別,選項B正確;須要較高溫度熨燙時,要調整調溫旋鈕,使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移,選項C正確;電熨斗中的雙金屬片是金屬材料,選項D錯誤。4.解析設電路的路端電壓為U,當Uab=0時,是電熱絲加熱的臨界狀態(tài)。此時UR1+R2R1=UR3+RTR3,解得RT答案355.解析(1)熱敏電阻RT在溫度上升時阻值變小,電路中電流變大,電磁鐵磁性增加,把右側銜鐵吸引過來,與a接觸,故c應接在a處。(2)為使啟動報警的溫度提高,則報警時熱敏電阻RT阻值應更小,滑動變阻器的阻值應調大,即滑片應左移。(3)工作電路不能工作的緣由可能是報警電路不能接通導致的。答案(1)a(2)左(3)電源供應電壓太小,導致電磁鐵磁性太弱或彈簧勁度系數(shù)太大6.B傳感器電阻r'的倒數(shù)與濃度c是正比關系,即1r'=kc。電路中的電流為I=Er'+R7.D當溫度低于78℃時,線圈中沒有電流,此時燈L1亮;當溫度上升到78℃時,線圈中有電流,磁鐵吸引銜鐵,燈L2被接通,所以燈L2亮且報警,溫度上升至74℃時,線圈中沒有電流,只是燈L1亮,不會報警。故D正確。8.BC當F向上壓膜片電極時,兩電極之間的距離變小,使得電容變大,選項A錯誤;當靈敏電流計有示數(shù)時,說明電容式傳感器正在進行充放電,而電容式傳感器始終與電源相連,即電壓不變,所以說明其電容在發(fā)生改變,肯定是壓力F發(fā)生了改變,選項B正確;由于電容式傳感器固定電極接在電源的正極,靈敏電流計有向右的電流通過,則說明電流流向電容式傳感器的固定電極,所以電容在變大,即間距在減小,力F在變大,選項C正確,D錯誤。9.解析(2)①Um=ImR=100×10-3×200V=20V,E=I(R2+R),其中50mA<I≤100mA,故R2在160~520Ω之間。答案(1)(2)①20160~520②把觸點從彈簧片右側移到彈簧片左側,保證當電磁鐵吸合鐵片時,3、4之間接通;不吸合時,3、4之間斷開。③電磁起重機10.解析(1)煮飯時壓下開關按鈕,感溫鐵氧體與永磁體相吸結合在一起,觸點相接,電路接