物理粤教选修3-2课后作业第3章-第4节-第5节用传感器制作自控装置用传感器测磁感应强度

1．利用半导体不可以制成的是()
A．标准电阻B．热敏电阻
C．光敏电阻D．晶体管
【解析】标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制造的．故只选A.
【答案】 A
2．光传感器的作用是()
A．利用光敏电阻将光信号转化为电信号
B．利用光敏电阻将电信号转化为光信号
C．利用光敏电阻将光信号与电信号互相转化
D．以上说法都不正确
【解析】光传感器是利用光敏电阻将光信号转化为电信号，故选A.
【答案】 A
3．(双选)(2011·江苏高考)美国科学家Willard S. Boyle与George E. Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有()
A．发光二极管B．热敏电阻
C．霍尔元件D．干电池
【解析】发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错．
【答案】BC
4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图3－4－9(a)所示．将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车在向右做直线运动过程中，电流表示数如图(b)所示，下列判断正确的是()
(a)(b)
图3－4－9
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
【解析】由压敏电阻的电阻特点知，t1～t2时间内电流I均匀增加，所以压敏电阻所受的压力均匀增加，故小车做加速度越来越大的变加速运动．t2～t3时间段内，电流I最大，压敏电阻最小，故受的压力最大、恒定，故小车做匀加速直线运动，选项D 正确．
【答案】 D
5．如图3－4－10所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡的亮度变化是________，发生这一现象的主要原因是________．
图3－4－10
【答案】变暗电阻丝的电阻率随温度升高而增大，电阻增大，流过灯泡的电流减小
6．磁场具有能量，磁场中单位体积内所具有的能量叫做能量密度，其值为B2/2μ.式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数．为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同
面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl，并测出拉力F，如图3－4－11所示．因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系为B＝________．
图3－4－11
【解析】在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl的过程中，拉力F可认为不变，因此F所做的功W＝FΔl.
以ω表示间隙中磁场的能量密度，则间隙中磁场的能量E＝ωV＝ωAΔl.
由题给条件得ω＝B2
2μ
，故E＝
B2
2μ
AΔl.
因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，即W＝E，故有FΔl＝B2
2μ
AΔl.
解得B＝2μF A.
【答案】2μF A
7．如图3－4－12(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图(b)中电脑屏幕所示．
图3－4－12
(1)图(a)中的传感器为________传感器；
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填a、b或c)；
【解析】该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重量，其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c.
【答案】(1)力电(2)c
8．如图3－4－13所示是一种触电保安器，变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈，然后接到用电器．B处有一个输出线圈，一旦线圈中有电流，经放大后便能推动继电器J切断电源．试说明：
图3－4－13
(1)为什么多开灯不会使保安器切断电源？
(2)为什么有人“手—地”触电保安器会切断电源？
(3)该保安器能不能为双手“相线—零线”触电保安？为什么？
【解析】电路正常工作时，由于A线圈为双股线缠绕，电流产生的磁场正好抵消，所以B中无感应电流，继电器不会动作．但若由触电造成A内两股线中的电流不相等时，B内就会产生感应电流，使继电器动作，切断电源，起到保护作用．【答案】(1)变压器A线圈因双股并绕，正向电流与反向电流产生的磁性相互抵消，多开灯、少开灯都如此．所以线圈B中无感应电流，保安器的控制开关J不工作，
不会自动切断电源．
(2)当人“手—地”触电时，相线中电流有一部分直接通过人体，流入大地，不从A 线圈中回流，保安器铁芯中有磁通量变化，B 线圈中有电流输出，保安器开关J 工作，自动切断电源．
(3)“相线—零线”触电时，与多打开几盏电灯情况相似，A 线圈中正、反向电流总是相等，不引起磁通量变化，保安器不能自动切断电源，不起保安作用．
9．如图3－4－14所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a 的正方形，放在沿x 正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y 方向、电流强度为I 的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上、下两侧面间的电势差为U ，试求：
图3－4－14
(1)导体上、下侧面哪个电势较高？
(2)该磁场的磁感应强度是多少？
【解析】 (1)因为电流向右，所以金属中的电子向左运动，根据左手定则可知电子向下侧偏移，下表面带负电荷，上表面带正电荷，所以上侧电势高．
(2)由于电子做匀速运动，所以电场力与洛伦兹力大小相等，有F 电＝f 洛
即e U a ＝Be 經
又由电流的微观定义可知I ＝neS 經＝nea 2v
由以上两式可得B ＝neaU I .
【答案】 (1)上侧电势高 (2)neaU I
10．在蜂鸣式温度报警器电路中，若将R T 和R 1两电阻位置互换，R 1取适当阻值，
如图3－4－15所示，还能报警吗？为什么？
图3－4－15
【解析】变成了低温报警器，因为温度降低时，热敏电阻R T阻值增大，有可能使非门输出端A出现高电平，Y端出现低电平，蜂鸣器中有电流通过而发声．温度升高，R T减小，A端为低电平，蜂鸣器不能发声．
【答案】见解析
11．光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，如图3－4－16所示为其模拟电路，其中A为光电管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯．试简述其工作原理．
图3－4－16
【答案】开关合上后，白天，光电管在可见光照射下有电子逸出，从光电管阴极逸出的电子被加速到达阳极，使电路接通，电磁铁中的强电流将衔铁吸下，照明电路断开，灯泡不亮；夜晚，光电管无电子逸出，电路断开，弹簧将衔铁拉上，照明电路接通，这样就达到日出路灯熄、日落路灯亮的效果．。