18-19 课时分层作业13 传感器的应用

课时分层作业(十三)
[基础达标练]
(时间：15分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )
A ．光传感器
B ．温度传感器
C ．声传感器
D ．压力传感器
【解析】 在电梯门口放置一障碍物，电梯门不停地开关，说明电梯门口有一个光传感器，故A 选项正确．
【答案】 A
2．如图6-2-12所示，两块水平放置的金属板距离为d ，用导线、开关K 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 、电荷量为＋q 的小球．K 断开时传感器上有示数，K 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( )
图6-2-12
A ．正在增强，ΔΦΔt ＝mgd q
B ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgd nq
C ．正在减弱，ΔΦΔt ＝mgd q
D ．正在增强，ΔΦΔt ＝mgd nq
【解析】 K 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 ΔΦΔt ＝U ，又q ·U d ＝mg 得ΔΦΔt ＝mgd nq ，故D 正确．
【答案】 D
3．在探究超重和失重规律时，某重为G 的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F 随时间t 变化的图象，则下列图象中可能正确的是( )
【解析】 对人的运动过程分析可知，人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力；在减速下蹲的过程中，加
速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力，所以D 正确．
【答案】 D
4．(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图6-2-13所示．M为烟雾传感器，其阻值R M随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻．车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报．下列说法正确的是()
【导学号：57272142】
图6-2-13
A．R M随烟雾浓度的增大而增大
B．R M随烟雾浓度的增大而减小
C．若要提高报警灵敏度可增大R
D．若要提高报警灵敏度可减小R
【解析】S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小．当有烟雾，使传感器电阻变化，即R M变小，则有R M随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B 正确；R越大，M与R并联的电阻R并越接近R M，U增大越明显，导致S上电压变化越明显，故C正确，D错误．
【答案】BC
5．(多选)如图6-2-14所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()
图6-2-14
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
【解析】严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A 正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确．
【答案】AD
6．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．参照图6-2-15，下列对故障判断正确的是( )
图6-2-15
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
【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装置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．
【答案】 C
二、非选择题(14分)
7．如图6-2-16甲是某金属材料制成的电阻R 随摄氏温度t 变化的图象，图中R 0表示该电阻在0 ℃时的电阻值，已知图线的斜率为k .若用该电阻与电池(电动势为E 、内阻为r )、理想电流表A 、滑动变阻器R ′串联起来，连接成如图乙所示的电路．用该电阻做测温探头，把电流表A 的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
图6-2-16
(1)根据图甲，温度为t (t >0 ℃)时电阻R 的大小为________．
(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E 、R 0、R ′(滑动变阻器接入电路的阻值)、k 等物理量表示待测温度t 与电流I 的关系式t ＝________________.
(3)如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，则测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)15 ℃.
【解析】 (1)题图象的斜率为k ，纵截距为R 0，为一次函数，所以图象的表达式为R ＝R 0＋kt .
(2)根据闭合回路欧姆定律可得：E ＝I (R ＋R ′＋r )
将R ＝R 0＋kt 代入可得t ＝1k ⎣⎢⎡⎦
⎥⎤E I －(R ′＋r ＋R 0).
(3)根据(2)中关系式可知此时测量值小于15 ℃.
【答案】 (1)R 0＋kt (2)1k ⎣⎢⎡⎦
⎥⎤E I －(R ′＋r ＋R 0) (3)小于
[能力提升练]
(时间：25分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．如图所示，是四类热敏电阻的R -t 特征图线，如果想用热敏电阻作传感器，并与继电器相连，构成一个简单的自动报警线路，当温度过高时，由继电器接通电路报警，采用哪个图示的热敏电阻较好( )
【解析】 当温度过高时，要求继电器接通电路报警，说明温度变化不大时要求电阻变化不明显，但是温度高到一定程度时电阻才有明显的变化，故A 符合要求，B 、C 、D 不符合要求．
【答案】 A
2．(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是( )
A ．应变片是由导体材料制成
B ．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C ．传感器输出的是应变片上的电压
D ．外力越大，输出的电压值也越大
【解析】 应变片多用半导体材料制成，故选项A 错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，选项B 正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C 错误，选项D 正确．
【答案】 BD
3．如图6-2-17所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场．在启动绕组的支路中串联有一个PTC 元件，这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器．电流流过PTC 元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动起来正常以后，PTC 元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小．则以下判断正确的是( )
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少 ②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少 ③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的
④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
【导学号：57272143】
图6-2-17
A ．①③
B ．②④
C ．①④
D ．②③
【解析】 启动时，由于PTC 元件温度低电阻小，故耗电多，②正确；启动后，随PTC 元件温度升高，PTC 元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确．
【答案】 B
4．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图6-2-18甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E ＝9.0 V ，内电阻不计；G 为灵敏电流表，其内阻R g 保持不变；R 为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S ，当R 的温度等于20 ℃时，电流表示数I 1＝2 mA ；当电流表的示数I 2＝3.6 mA 时，热敏电阻的温度是( )
图6-2-18
A ．60 ℃
B ．80 ℃
C ．100 ℃
D ．120 ℃
【解析】 由题图乙可知，当R 的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R 1＝4 kΩ，则由I 1＝E R 1＋R g 可得R g ＝0.5 kΩ，当电流I 2＝3.6 mA 时，由I 2＝E R 2＋R g 可得R 2＝2 kΩ，结合题图乙知此时热敏电阻的温度为120 ℃，故选D.
【答案】 D
二、非选择题(本题共3小题，共26分)
5．(8分)图6-2-19甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料．当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来(如图乙所示)．
甲 乙
图6-2-19
(1)若图乙中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00×10－2 s ，则圆盘的转速为________r/s.(计算结果保留3位有效数字)
(2)若测得圆盘直径为10.20 cm ，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为_______cm. (计算结果保留3位有效数字)
【解析】 (1)由题图乙可知圆盘转动的周期为
T ＝22.00×10－2 s ，
所以转速为n ＝1T ＝4.55 r/s.
(2)圆盘半径为r ＝5.10 cm ，其边缘线速度为v ＝ωr ，ω＝2πT
， 反光涂层长度为s ＝v Δt ，
代入数据解得s ＝1.46 cm.
【答案】 (1)4.55 (2)1.46
6．(8分)自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警，所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．
【解析】 实验电路图如图所示：
当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调节滑动变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的．
【答案】 见解析
7．(10分)如图6-2-20所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A 为光源，B 为光电接收器，A 、B 均固定在小车上，C 为小车的车轮．D 为与C 同轴相连的齿轮，车轮转动时，A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示．若实验显示单位时间的脉冲数为n ，累积脉冲数为N .试完成下列问题．
图6-2-20
(1)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些？
(2)推导小车速度的表达式；
(3)推导小车行程的表达式.
【导学号：57272144】
【解析】(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积．所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数p.
(2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为p.已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为n
p.
则有小车速度的表达式v＝2πnR
p.
(3)小车行程的表达式s＝2πNR p.
【答案】(1)车轮的半径R和齿轮的齿数p
(2)v＝2πnR
p(3)s＝
2πNR
p。