高中物理第三章传感器第四节用传感器制作自控装置预习导学案粤教选修

第四节用传感器制作自控装置
【思维激活】
想想我们在哪些方面引用了传感器。

提示：生活中的传感器，如遥控器、电冰箱，农业方面如自动灌溉，工业方面如机器人等。

【自主整理】
磁控防盗报警原理：磁控防盗报警器的主要元件是自动控制开关即干簧管，干簧管内部有两个软磁性
簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性。

当有磁场存在时，簧片被磁场互相吸引，移去磁铁，即磁场消失，簧片失去磁性，而簧片恢复原状。

蜂鸣器一般选用YMD和HMB型的，蜂鸣器能正常工作的条件是它两端的直流电压为4-6V，超过这个范围，蜂鸣器是不会鸣叫的，所以演示不成功时，可以检查电路中蜂鸣器两端电压是否在此范围之内。

【高手笔记】
学习“传感器的应用实例”这一节必须对前面三节加以复习，彻底理解其应用原理，并对传感器的构造和制成它的主要元件有一个清楚、详实的认识。

传感器在应用实例中主要起自动控制开关、远程谋取信息等作用，在电路中起控制和转化等作用，所以要对实例具体对待、具体分析。

【名师解惑】
怎样理解光控开关的工作原理？
剖析：图3-4-1所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω。

图3-4-1
当天黑时，光线变弱，R G电阻变小，串联电路中R G分得电压降低，而相应二极管LED两端电压相应增加，当达到一定值时自动发光。

黎明时，光线变强，R G电阻增加，二极管LED两端电压相应降低，降低到一定值时自动熄灭，从而使R G电路中起到自动控制电路的作用。

【讲练互动】
例1.如图3-4-2所示是一种延时开关.当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。

当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放。

则（）
A
B
C
D
S
S
F
1
2
图3-4-2
A.由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B.由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C.如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
D.如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
解析：本题以延时开关作为密切联系实际的新情境，考查考生对电磁感应现象的理解程度和推理能力。

根据题中所提示的信息，不难发现延时开关的基本工作原理：当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通。

这时虽然B线圈的电键S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生。

当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确。

如果此时断开B线圈的电键S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确。

答案：BC
【变式训练】
1.如图3-4-3所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B。

线圈B的两端接在一起，构成一个闭合回路，则（）
图3-4-3
A.S接通时，灯泡L立即变亮
B.当S接通时，灯泡L过一会儿变亮
C.S切断时，灯泡L立即熄灭
D.当S切断时，灯泡过一会儿熄灭
答案：AD
【问题探究】
【问题】磁控防盗报警器是怎样完成报警任务的？
【探究】图3-4-4是一个简单的磁控防盗报警装置。

门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路。

睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来。

图3-4-4
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．用如图的装置研究光电效应现象，当用能量为3.0eV的光子照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则（）
A．电键K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能为0.7eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
2．如图所示，在等量异种点电荷形成的电场中有A、B、C三点，A点为两点电荷连线的中点，B点为连线上距A点距离为d的一点，C点为连线中垂线上距A点距离也为d的一点，则下面关于三点电场强度E的
大小、电势高低的比较，正确的是( ) A．E B＞E A＞E C，
B．E A＝E C＞E B，
C．E A＜E B，E A＜E C，
, D．E A＞E B，E A＞E C，
,
3．如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝U m sinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R为滑动变阻器，理想交流电压表V1和V2的示数分别为U1和U2，理想交流电流表A1和A2的示数分别为I1和I2.下列说法正确的是( )
A．U1和U2是电压的瞬时值
B．I1、I2之比等于原、副线圈的匝数之比
C．滑片P向上滑动过程中，U2变大，I1变大
D．滑片P向上滑动过程中，U2不变，I1变小
4．如图所示，一劲度系数为k的轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接，弹簧、地面水平。

A、B是物块能保持静止的位置中离墙壁最近和最远的两点，A、B两点离墙壁的距离分别是x1、x2．则物块与地面的最大静摩擦力为（）
A．k（x2﹣x1）B．k（x2+x1）
C．D．
5．甲、乙两个物体在同一时刻沿同一直线运动，它们的速度—时间图象如图所示，下列有关说法正确的是
A．在4～6 s内，甲、乙两物体的加速度大小相等、方向相同
B．前6 s内甲通过的路程更大
C．前4 s内甲、乙两物体的平均速度相等
D．甲、乙两物体一定在2 s末相遇
6．一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向。

两个比荷（即粒子的电荷量与质量之比）不同的
带正电的粒子和
，从电容器的
点（如图）以相同的水平速度射入两平行板之间。

测得
和与电容极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1:2。

若不计重力，则
和的比荷之比是
A．1:2 B．1:8 C．2:1 D．4:1
二、多项选择题
7．下列说法正确的是_______.（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子的核反应是
B．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，向外辐射光子
C．重核的裂变、轻核的聚变过程都有质量亏损
D．大量处于n=4能级的氢原子，它们跃迁时能辐射出6种不同频率的光子
E．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关
8．下列说法正确的是（）
A．光在介质中传播的速度仅由介质本身所决定
B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的
C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小
D．光的偏振特征说明光是横波
E. 水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故9．如图所示，一质量 m=0.1kg 的小煤块以 v0=5m/s 的初速度从最左端水平进入轴心距离 L=8m 的水平传送带，传送带可由一电机驱使而转动。

已知小煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.1(取 g=10m/s2)（）
A．若电机不开启，传送带不转动，小煤块滑离传送带右端的速度大小为 3m/s
B．若电机不开启，传送带不转动，小煤块在传送带上运动的总时间为 3s
C．若开启电机，传送带以 6m/s 的速率顺时针转动，则小煤块在传送带上留下的一段黑色痕迹的长度为1.0m
D．若开启电机，传送带以 6m/s 的速率逆时针转动，则小煤块在传送带滑动的过程中产生的热量为 2.0J 10．关于光的干涉和衍射，下列说法正确的是
A．双缝干涉实验证明光是一种波，薄膜干涉证明光是一种粒子
B．双缝干涉是两束相干光相遇时出现的干涉现象；而薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后相互叠加形成的干涉现象
C．双缝干涉时，双缝间距越小干涉条纹间距越大；波长越长干涉条纹间距越大
D．照相机镜头镀有增透膜，其作用是让各种色光都发生干涉相消，增强透射光
E. 泊松亮斑是衍射现象，证明了光是一种波
三、实验题
11．如图所示是一小球做平抛运动的闪光照片的一部分，其中A、B、C是小球在不同时划在照片上的位置，图中背景方格的边长均为5cm，如果取g=10m/s2，则小球的初速度
=___m／s相邻两次闪光时间间隔________秒
12．如图所示，用某一直流电动机来提升重物，重物的质量m=100kg。

当电压U1=24V 时没有提起重物，即输出功率为零这时电流为I1=6A．当电动机的电压为U2=220V，重物被提起.不计各种摩擦，当重物向上运动的速率恒定时，电路中的电流强度I2=5.0A，求:（取g=10m/s2）
（1）该电动机的电阻.
（2）重物被电动机匀速提升时的速率?
四、解答题
13．一个物体0时刻从坐标原点O由静止开始沿+x方向做匀加速直线运动，速度与坐标的关系为
，求：
（1）2s末物体的位置坐标；
（2）物体通过区间150m≤x≤600m所用的时间．
14．如图所示，光滑曲面AB与水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接内壁光滑、半径为r的
细圆管CD，管口D端正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧，轻弹簧下端固定，上端恰好与管口D端齐平．质量为m的小球在曲面上距BC的高度为2r处从静止开始下滑，进入管口C端时与管壁间恰好无作用力，通过CD后压缩弹簧，在压缩弹簧过程中速度最大时弹簧的弹性势能为E p，已知小球与BC间的动摩擦因数μ＝0.5.求：
(1)小球达到B点时的速度大小v B；
(2)水平面BC的长度s；
(3)在压缩弹簧过程中小球的最大速度v m. 【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．ACD
8．BDE
9．AD
10．BCE
三、实验题
11．5m/s 0.1s
12．(1)4(2)1m/s
四、解答题
13．（1）2s末物体的位置坐标为6m；
（2）物体通过区间150m≤x≤600m所用的时间为10s
14．（1）（2）5r （3）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．关于近代物理学的结论中,下面叙述中正确的是( )
A．氢原子从n=6跃迁至n=2能级时辐射出频率ν1的光子,从n=5跃迁至n=2能级时辐射出频率ν2的光子,频率为ν1的光子的动量较大
B．已知铀238的半衰期为4.5×109年,地球的年龄约为45亿年,则现在地球上存有的铀238原子数量约为地球形成时铀238原子数量的四分之一
C．β衰变能释放出电子说明了原子核中有电子
D．在核反应中,质量守恒、电荷数守恒
2．某公司为了测试摩托车的性能，让两驾驶员分别驾驶摩托车在一平直路面上行驶，利用速度传感器测出摩托车A、B的速度随时间变化的规律并描绘在计算机中，如图所示，发现两摩托车在t =25s时同时到达目的地。

则下列叙述正确的是( )
A．摩托车B的加速度为摩托车A的4倍
B．两辆摩托车从同一地点出发，且摩托车B晚出发10s
C．在0～25s时间内，两辆摩托车间的最远距离为180m
D．在0～25s时间内，两辆摩托车间的最远距离为400m
3．一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为( )
A．40 m/N B．40 N/m
C．200 m/N D．200 N/m
4．如图所示，A、B两物体用两根轻质细线分别悬挂在天花板上，两细线与水平方向夹角分别为60°和45°，A、B间拴接的轻质弹簧恰好处于水平状态，则下列判断正确的是( )
A．A、B的质量之比为1︰
B．A、B所受弹簧弹力大小之比为
C．悬挂A、B的细线上拉力大小之比为1︰
D．快速撤去弹簧的瞬间，A、B的瞬时加速度大小之比为1︰
5．下列哪些电器件在工作时，不是应用电磁感应现象的是（）A．电磁炉 B．水力发电机 C．动圈式话筒 D．干电池
6．一平行板电容器中存在匀强电场，电场沿竖直方向。

两个比荷（即粒子的电荷量与质量之比）不同的带正电的粒子和
，从电容器的
点（如图）以相同的水平速度射入两平行板之间。

测得
和与电容极板的撞击点到入射点之间的水平距离之比为1:2。

若不计重力，则
和的比荷之比是
A．1:2 B．1:8 C．2:1 D．4:1
二、多项选择题
7．如图所示，在小车内固定一光滑的斜面体，倾角为θ，一轻绳的一端连在位于斜面体上方的固定木板B上，另一端拴一个质量为m的物块A，绳与斜面平行。

整个系统由静止开始向右匀加速运动，物块A恰好不脱离斜面，则向右加速运动时间t的过程中
A．重力的冲量为零
B．重力做功为零
C．拉力冲量大小为mgt cotθ
D．拉力做功为mg2t2cot2θ
8．如图所示，两颗个人造地球卫星A、B围绕地球E做匀速圆周运动，卫星A的轨道半径为r A，运行周期为T A；卫星B的轨道半径为r B。

已知万有引力常量为G。

则根据以上信息可以求出（）
A．卫星B的运行周期 B．地球的质量
C．地面上的重力加速度 D．地球的半径
9．在光滑的水平面上，一滑块的质量m=2kg，在水平面上恒定外力F=4N（方向未知）作用下运动，如图所示为滑块在水平面上运动的一段轨迹，滑块过P、Q两点时速度大小均为v=5m/s，滑块在P点的速度方向与PQ连线夹角α=37°，sin37°=0.6，则下列说法正确的是
A．水平恒力F的方向与PQ连线成53°夹角
B．滑块从P到Q的时间为3s
C．滑块从P到Q的过程中速度最小值为4m/s
D．P、Q两点连线的距离为10m
10．一列简谐横波沿x轴传播在t=0时刻的波形如图中实线所示，t=0.5s时刻的波形如图中虚线所示，虚线恰好过质点P的平衡位置。

已知质点P平衡位置的坐标x=0.5m。

下列说法正确的是___________
A．该简谐波传播的最小速度为1.0m/s
B．波传播的速度为(1.4+2.4n)m/s(n=0，1，2，3……)
C．若波向x轴正方向传播，质点P比质点Q先回到平衡位置
D．若波向x轴负方向传播，质点P运动路程的最小值为5cm
E. 质点O的振动方程可能为y=10sin cm(n=0，1，2，3……)
三、实验题
11．无人驾驶汽车已完成国内首次城市、环路及高速道路混合路况下的全自动驾驶。

（1）无人驾驶汽车车头装有一个激光雷达，就像车辆的“鼻子”，随时“嗅”着前方80m范围内车辆和行人的“气息”。

若无人驾驶汽车在某路段刹车时的加速度为2.5 m/s2，为不撞上前方静止的障碍物，汽车在该路段匀速行驶时的最大速度是多少？
（2）若有人驾驶的汽车以30 m/s的速度一直匀速行驶，无人驾驶的汽车以20m/s的速度行驶。

某一时刻有人驾驶的汽车在无人驾驶汽车的正后方8 m处，由于距离较近，前方无人驾驶汽车立即以5m/s2的加速度做匀加速运动，试通过计算判断两车能否避免相撞？
（3）若有人驾驶的汽车以20 m/s的速度行驶，无人驾驶的汽车以30m/s的速度行驶。

某一时刻有人驾驶的汽车在无人驾驶汽车的正前方18 m处，由于距离也较近，后方无人驾驶汽车立即以2.5m/s2的加速度一直做匀减速运动。

减速2s后，前方有人驾驶的汽车司机发现了后车，立即以2.5m/s2的加速度做匀加速运
动（不计司机的反应时间）。

试通过计算判断两车能否避免相撞？如不相撞，求出两车之间的最小距离。

12．如图为“用 DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和合外力的关系”的实验装置。

（1）小车上安装的是位移传感器的_____部分。

（2）在该实验中，轨道表面认为光滑，实验把钩码的重力作小车所受的拉力 F 的条件是_____。

改变所挂钩码的数量，多次重复测量，画出如图所示的 a-F 图像形如 OA 线段。

（3）已知当地的重力加速度为 g，如果继续不断增大钩码的数量即 F 增大，结果发现图像明显偏离直线得到一段曲线，这段曲线形状如同图中的_________（选填“AB”、“AC”、“AD”），如果把您选填的这段曲线不断延伸，那么加速度趋向值为_____。

四、解答题
13．如图甲所示，将两根足够长、间距为L的平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，左端接一阻值为R 的电阻，与导轨垂直的虚线ef右边区域存在方向竖直向下的匀强磁场，质量为m的金属杆PQ静止在导轨上。

现对杆施加一水平向右的恒定拉力，经过时间t杆进人磁场，并开始做匀速直线运动，杆始终与导轨垂直并接触良好，导轨和杆的电阻均不计。

(1)求匀强磁场的磁感应强度大小B；
(2)若杆进入磁场后的某时刻撤去拉力，杆运动的速度与此后的位移关系图象如图乙所示，求0~x0与x0~3x0
两个过程中电阻R产生的热量之比。

14．如图，三棱镜的横截面为直角三角形 ABC，∠A=30°，∠B=60°， BC 边长度为 L，一束垂直于 AB 边的光线自 AB 边的 P 点射入三棱镜， AP 长度 d＜L，光线在 AC 边同时发生反射和折射，反射光线和折射光线恰好相互垂直，已知光在真空中的速度为 c。

求：
（1）三棱镜的折射率；
（2）光从 P 点射入到第二次射出三棱镜经过的时间。

【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．BD
8．AB
9．BC
10．ADE
三、实验题
11．（1）20 m/s。

（2）两车不能避免相撞。

（3）0.5m
12．发射 m钩码＜＜m小车 AD g
四、解答题
13．（1）（2）
14．（1）（2）。