2020-2021学年高二物理人教版选修3-2(第6.2 传感器的应用)

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绝密★启用前
人教版选修3-2 第六章 传感器 课时2 传感器的应用
第Ⅰ部分 选择题
一、选择题：本题共8小题。

将正确答案填写在题干后面的括号里。

1．下列器件是应用力传感器的是 ( ) A ．鼠标器 B ．火灾报警器 C ．测温仪
D ．电子秤
2．如图所示，在电路中接一段钨丝(从旧白炽灯中取出)，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是( )
A ．该传感器利用了钨丝的化学性质
B ．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C ．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D ．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
3．下列说法正确的是( )
A ．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同
B ．常温下，上下触点是接触的；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，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D ．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
4．关于传感器，下列说法中正确的是( ) A ．电熨斗通过压力传感器实现温度的自动控制
B ．动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的声传感器
C ．金属热电阻是一种将电学量转换为热学量的传感器
D ．火灾报警器都是利用温度传感器实现报警
5．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位( ) A ．力传感器 B ．光传感器 C ．温度传感器 D ．生物传感器
6．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R (是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。

设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A ，电源电
动势为12 V ，内阻为2 Ω，电阻R 随压力变化的函数式为R ＝30－0.02F (F 和R 的单位分别是N 和Ω)。

下列说法正确的是( )
A ．该秤能测量的最大体重是1400 N
B ．该秤能测量的最大体重是1300 N
C ．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘0.375 A 处
D ．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G 刻度盘0.400 A 处
7．在地震救援中，救援人员借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员。

如图，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )
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A ．红外线传感器
B ．压力传感器
C ．振动传感器
D ．电容传感器
8．如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F 作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )
A ．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B ．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C ．向右偏到某一刻度后不动
D ．向左偏到某一刻度后不动
第Ⅱ部分 非选择题
二、非选择题：本题4个小题。

将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

9．如图所示，是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸
引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触。

若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在________位置，绿灯泡应安在________位置(填“A ”或“B ”)。

10．如图甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电荷量Q 将随待测物体的上下运动而变化。

若Q 随时间t 的变化关系为Q ＝
b
t a
(a 、b 为大于零的常数)，其图象如图乙所示，那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E 和物体速率v 随t 变化的图线可能是________。

11．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端P 、Q 应接在触头a 、b 之间还是c 、d 之间？热敏电阻两端M 、N 应接在哪两个触头之间？
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12.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。

该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。

用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a 、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。

现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后。

汽车静止时，传感器a 、b 的示数均为10 N(取g ＝10 m/s 2)。

(1)若传感器a 的示数为14 N ，b 的示数为6.0 N ，求此时汽车的加速度大小和方向。

(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零？
人教版选修3-2 第六章传感器课时2 传感器的应用
参考答案与解析
第Ⅰ部分选择题
一、选择题：本题共8小题。

将正确答案填写在题干后面的括号里。

1．
【答案】D
【解析】鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确。

2．
【答案】BC
【解析】由题目中的实验现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用该特性可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，B、C对，A、D错。

3．
【答案】BC
【解析】常温下，上下触点是接触的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离；需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移。

选项BC正确。

4．
【答案】B
【解析】电熨斗是通过双金属片温度传感器来控制温度的，选项A错误；金属热电阻是将热学量转化为电学量的传感器，选项C错误；有的火灾报警器是利用光传感器实现报警，选项D错误。

5．
【答案】B 【解析】太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错。

6．
【答案】AC
【解析】设电流达到I max＝3 A时压力传感器的阻值为R m，由闭合电路欧姆定律得I max ＝
E
R r
+
m
，所以R m＝
E
I
max
－r＝
12
2
3
⎛⎫
-
⎪
⎝⎭
Ω＝2 Ω，根据R＝30－0.02F得，与R m＝2 Ω对应的压力为F max＝
30
0.02
R
-
＝
302
0.02
-
N＝1400 N，选项A正确，B错误；当压力为零时，
压力传感器的电阻为R0，则由R＝30－0.02F知R0＝30 Ω，这时电流为I0＝
E
R r
+
＝12
302
+
A＝0.375 A，选项C正确，D错误。

7．
【答案】A
【解析】伤员被埋在废墟中借助红外线传感器，可以感知人与周围环境温度的差别且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员，选项A正确。

8．
【答案】A
【解析】压力F作用时，极板间距d变小，由C＝
4
S
kd
ε
π
，电容器电容C变大，又根
据Q＝CU，极板带电量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，选项A正确。

第Ⅱ部分非选择题
二、非选择题：本题4个小题。

将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

9．
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学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
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【答案】B A
【解析】水位较低时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以A 处应安绿灯，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B 位置。

10． 【答案】②③
【解析】平行板电容器间电压恒定，板间场强E ＝
U
d ＝Q Cd ＝4Q S d
kd επ＝4kQ S πε，故E
∝Q ，即E ∝b
t a +，故②可能正确；板间电荷量Q ＝UC ＝U 4S kd επ＝4U S kd επ，与已知Q 随
时间的变化关系对比可知d ∝(t ＋a )，即待测物体的运动为匀速运动，故③可能正确。

11．
【答案】 P 、Q 应该分别接在触头a 、b 之间 M 、N 应分别接e 、f
【解析】 P 、Q 应该分别接到触头a 、b 之间；同时，M 、N 应该分别接e 、f 。

其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a 、b 断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻温
度降低，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a 、b 之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制。

12.
【答案】(1)4.0 m/s 2 方向向右
(2)以方向向左，大小为10 m/s 2
的加速度运动
【解析】(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14 N ，右侧弹簧对滑块的向左的推力F 2＝6.0 N ，滑块所受合力产生加速度a 1，
根据牛顿第二定律有F 1－F 2＝ma 1，得：
a 1＝
12
F F m
-＝4 m/s 2 a 1与F 1同方向，即向前(向右)。

(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F 1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F 2′＝20 N 。

滑块所受合力产生加速度a 2 由牛顿第二定律得F 合＝F 2′＝ma 2
得a 2＝2F m
'
＝10 m/s 2，方向向左。