高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-2第六章 传感器4 实验：传感器的应用课时作业

第六章　第2节

一、选择题

1．(多选)许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。它的控制电路中可能接入的传感器是 (　　)

A．温度传感器　　 B．光电传感器

C．声音传感器     D．热电传感器

答案　BC

解析　温度传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器；光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器；声音传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器；热电传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器。根据题意，楼道照明灯由两种装置控制，一是与光有关，二是与声音有关，故本题正确选项为B、C。

2．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是(　　)

A．电吉他是光电传感器

B．电吉他是温度传感器

C．电吉他是声音传感器

D．弦改用尼龙材料原理不变

答案　C

解析　由电吉他发声原理可知是将声音变化转变为电流的变化，C对，A、B、D错。

3．在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪，下列说法正确的是(　　)

A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子能量小，可以节约能量

B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测

C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用

D．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同

答案　D

解析　红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故D正确。

4．小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照下图，下列对故障判断正确的是(　　)

A．只可能是热敏电阻出现故障

B．只可能是温度设定装置出现故障

C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障

D．可能是加热器出现故障

答案　C

解析　由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误。

5．随着生活水平的提高，自动干手机已进入家庭。洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内吹出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为(　　)

A．改变了湿度 B．改变了温度

C．改变了磁场 D．改变了电容

答案　D

解析　手靠近干手机时，改变了设置在干手机内的电容式传感器的电容，干手机开始工作。能否用湿度或温度传感器来驱动电热器工作呢？理论上是可行的，但作为干手机，如果用湿度或温度传感器则有很大缺陷，因为干手机周围的环境(如湿度和温度)一年四季都在变化，与手的靠近无关。选项D正确。

6．(多选)如图所示是电熨斗的结构示意图，下列说法正确的是(　　)

A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属的膨胀系数

B．常温下，上、下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上、下触点分离

C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移

D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断

答案　BCD

解析　常温下，上、下触点接触，电路处于导通状态，电熨斗处于加热状态。当温度升高时，双金属片向下弯曲，电路断开，使电熨斗不再加热，双金属片控制电熨斗电路的通断，所以双金属片上层金属的膨胀程度比下层的大，说明双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属的膨胀系数；当需要较高温度熨烫时，需要上、下触点更难分开。所以需将升降螺丝下移并推动弹性铜片下移。选项B、C、D正确。

7．将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏。则(　　)

A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动

B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动

C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动

D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动

答案　A

解析　因为当火车向左加速运动时，有向左的加速度，弹簧处于伸长状态，滑片P靠近变阻器C端，电压表的指针向右偏。所以，当滑片P靠近变阻器B端时，电压表的指针将向左偏，此时，弹簧将处于压缩状态，火车具有向右的加速度，火车可能在向右做加速运动，也可能在向左做减速运动，选项A正确，C、D错误；同理可知B错误。

8．如图所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在(　　)

A．10 ℃ B．20 ℃

C．35 ℃ D．45 ℃

答案　C

解析　由题可知Uab＝0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负。设电源负极的电势为零，则φa＝U，φb＝U，其中U为电源的路端电压，令φa＝φb，即Uab＝0，则可得＝，代入数据得RT＝20 kΩ，查表得对应的温度为35 ℃，故本题选项C正确。

9．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电量为＋q的小球。S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(　　)

A．正在增加，＝

B．正在减弱，＝

C．正在减弱，＝

D．正在增加，＝

答案　D

解析　S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力。由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q＝mg得＝，故D正确。

二、非选择题

10．指出在以下有关传感器应用的实例中，所应用的传感器或主要元件。

(1)电子秤：________的应用，敏感元件是________；

(2)电熨斗：________的应用，敏感元件是________，其作用是控制电路的通断；

(3)电饭锅：________的应用，敏感元件是________，其作用是控制电路的通断；

(4)烟雾散射式火灾报警器：________的应用，是利用烟雾对________来工作的。

答案　(1)压力传感器　应变片　(2)温度传感器　双金属片　(3)温度传感器　感温铁氧体　(4)光传感器　光的散射

11．[2014·云南省玉溪一中高二年级下学期期末考试]传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)转换成电学量的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。

设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2。请回答：

(1)把R写成关于F的函数关系：___________________________________________；

(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处；

(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是________kg。

答案　(1)R＝300－F

(2)1.6×10－2

(3)50

解析　(1)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可得R＝300－F。

(2)踏板空载时，传感器R的电阻为300 Ω，电路中电流I＝E/R＝4.8/300 A＝1.6×10－2 A，即该秤零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的1.6×10－2 A处。

(3)当电流表刻度盘的示数为20 mA时，传感器R的电阻R＝E/I＝4.8/0.02 Ω＝240 Ω，由压力传感器R的电阻与所受压力的关系表分析可知，传感器所受压力F＝500 N，由F＝mg得，这个人的质量是50 kg。

12．如图所示为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3 V,0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω，1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V。求：

(1)传感器的电阻和额定电流。

(2)为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？

(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω，则该传感器就失去作用。实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压。检测记录如下：

若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？

答案　(1)10 Ω　0.3 A　(2)6 V　(3)此传感器仍可使用　3 V

解析　(1)R传＝＝ Ω＝10 Ω，

I传＝＝ A＝0.3 A。

(2)最大电流I＝I传＝0.3 A，

电源电压最大值Um＝U传＋U0，

U传为传感器的额定电压，

U0为R0m＝10 Ω时R0两端的电压，

即U0＝I传·R0m＝0.3×10 V＝3 V，

Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V。

(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有：U＝I1R传′＋U1

根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2

代入数据，解得：R传′＝9.5 Ω，U＝3 V

传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′＝10 Ω－9.5 Ω＝0.5 Ω＜1 Ω，所以此传感器仍可使用。